Опыт составления и сравнительного анализа баз данных по целинным каштановым почвам Прикаспия (Россия и Казахстан) и Монголии Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ЭКОСИСТЕМЫ: ЭКОЛОГИЯ И ДИНАМИКА, 2018, том 2, № 4, с. 106-131

==——— ОЦЕНКА ЭКОСИСТЕМ И ИХ КОМПОНЕНТОВ =====——===== УДК 631.4

ОПЫТ СОСТАВЛЕНИЯ И СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА БАЗ ДАННЫХ ПО ЦЕЛИННЫМ КАШТАНОВЫМ ПОЧВАМ ПРИКАСПИЯ (РОССИЯ И КАЗАХСТАН) И МОНГОЛИИ1

© 2018 г. В.А. Ибрагимова*, М.В. Конюшкова*' **, Д.Л. Голованов*' **

*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Россия, 119991, г. Москва, Ленинские Горы, д. 1. E-mail: [email protected]

**Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россия, 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7, стр. 2. E-mail: [email protected]

Поступила в редакцию 30.08.2018. После доработки 30.09.2018. Принята к публикации 01.11.2018.

Зона каштановых почв на территории Евразии протянулась от юга Украины до восточной границы Монголии. В задачи нашего исследования входило выявление зональных и провинциальных особенностей почв на основе сбора и анализа базы данных по субстантивным свойствам целинных каштановых почв Прикаспия (в пределах России и Казахстана) и Монголии с учетом климатических условий их формирования. Для сравнения брались сведения о профильном распределении свойств наиболее типичных каштановых почв по 7 основным почвенным показателям, характеризующим почвы указанных регионов: содержание гумуса и СаСО3, емкость катионного обмена, гранулометрический состав, водная вытяжка (содержание хлора, сульфатов, кальция, магния и натрия). В базу данных было включено 49 разрезов по Прикаспию и 54 - по Монголии. Использовались фондовые материалы и опубликованные в литературе. Статистическая обработка и сопоставление данных по свойствам каштановых почв достоверно подтвердили различия сравниваемых почв. В результате исследования возникает ряд вопросов. Можно ли относить эти почвы к одному типу? Что является главными причинами в различиях свойств каштановых почв сравниваемых регионов - климатические различия или же разница в истории развития и почвообразующих породах? Ключевые слова: Каштановые почвы, провинциальные особенности, анализ баз данных. DOI: 10.24411/2542-2006-2018-10023

Отличия каштановых почв Монголии от классических каштановых почв сухих степей Прикаспия отмечали уже первые исследователи - Л.И. Прасолов (1913), Б.Б. Полынов с В.И. Лисовским (1930), Н.Д. Беспалов (1951). Климатическую обусловленность этих различий на качественном уровне отмечал И.П. Герасимов (1933): он разработал представления о фациальных и провинциальных особенностях генетических типов почв и их связь с климатическими характеристиками местности. Он связывал данные различия, прежде всего, с континентальностью климата.

Цель работы - количественно оценить связь между климатическими параметрами различных почвенно-климатических фаций (Герасимов, 1933; Почвенно-географическое районирование ..., 1962) и основными свойствами каштановых почв (содержание гумуса, карбонатов, рН, гранулометрический состав, засоленность) на основе создания и анализа базы данных по почвам Прикаспия и Монголии.

Выбранным объектом исследования стали каштановые почвы целинных дерновинно-злаковых сухих степей.

Экологическая ценность работы заключается в возможности прогноза изменения почвенных свойств в зависимости от изменения глобальных климатических показателей в

1 Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 16-04-00570.

106

соответствии с различными вариантами их развития.

Задачи работы:

1) создание базы данных по каштановым почвам Монголии и Прикаспия (Российская и Казахстанская части),

2) географическая привязка почвенных разрезов,

3) статистическая обработка и геопространственный анализ составленной базы данных по субстантивным свойствам каштановых почв Монголии и Прикаспия в сопоставлении с условиями формирования почв с привлечением глобальной климатической карты (WorldClim), Global Aridity и Soil Water Balance.

Физико-географические условия района исследования

Монголия - страна, располагающаяся на стыке двух платформ: Китайской и Сибирской, приурочена к Центрально-Азиатскому складчатому поясу, части Урало-Монгольского складчатого геосинклинального пояса (Васильев, 1959).

Рельеф района мелкосопочный с участием возвышенных равнин и плоскогорий высотой более 600 м н.у.м. БС. Породы представлены различными комплексами: интрузивами, эффузивами и метаморфическими образованиями основного состава от позднепротерозойского до раннемезозойского возраста (филлиты, песчаники и кварциты); триасовыми эффузивными образованиями среднего состава; гранитными интрузивными, а также отложениями мезозойского возраста и континентальными отложениями, относящимися к позднему мелу/палеогену.

На территории района исследований встречаются два варианта древних кор выветривания: красноцветные суглинисто-глинистые на эффузивах триасового возраста и на интрузивных и метаморфических породах кислого состава, перекрытые молодым делювием песчано-супесчаного грансостава. Возраст кор выветривания оценить сложно. Расчетный возраст их появления датируется позднемеловым временем (Маринов, 1967).

Четвертичные отложения достигают мощности более 100 м (во впадинах) и представляют собой различные комплексы рыхлых осадков: аллювиальные песчано-галечные; аллювиально-пролювиальные супеси и суглинки; пролювиально-делювиальные супеси и суглинки.

Область рассматриваемых нами каштановых почв принадлежит к зоне элювиально-делювиальных и пролювиально-делювиальных почвообразующих пород легкосуглинистого состава (Уфимцева, 1984; рис. 1). Элювиальные и элювиально-делювиальные отложения сильнощебнистые и маломощные, располагаются в горных и высоких равнинных участках. Пролювиальные и делювиально-пролювиальные отложения наиболее распространены в данной местности. Они очень рыхлые, мощность варьирует в больших пределах. Состав наносов непостоянный, обычно представлен несортированным материалом с включениями гальки, щебня, осколками плотных пород. Отличительная особенность - наличие горизонта палеогидрогенной аккумуляции карбонатов. Механический состав в основном легкосуглинистый или супесчаный.

Климат - резко континентальный. Абсолютные колебания температур могут достигать 90°С, среднемесячные и среднесуточные - 50 и 30°С соответственно. Морозные зимы сменяются жарким летом.

Осадков мало - 150-250 мм, основной их объем выпадает с мая по сентябрь (максимум -70-80% в июне-августе) в виде кратковременных ливневых дождей (Береснева, 1984, 1988). Зима из-за повышенного давления (антициклон) - ясная, малоснежная, осадков практически нет.Часты ураганы и пыльные бури с силой ветра до 20-35 м/с и более (преимущественно весной).

Климатические показатели непостоянны по годам и пространственно неоднородны. ЭКОСИСТЕМЫ: ЭКОЛОГИЯ И ДИНАМИКА, 2018, том 2, № 4

Наблюдаются резкие и частые пространственные колебания и колебания по годам.

Из-за малого количества осадков, воздух обладает низкой относительной влажностью. Вследствие чего происходит интенсивная потеря влаги из почвы.

Рис. 1. Картосхема почвообразующих пород Монголии (Уфимцева, 1984). Условные обозначения: 1 - элювиальные и элювиально-делювиальные; 2 - элювиально-делювиальные и пролювиально-делювиальные: а - преобладают легкосуглинистые, б - преобладают супесчаные и легкосуглинистые, в - преобладают супесчаные и песчаные; 3 - эоловые: а -пески закрепленные, б - пески полузакрепленные и незакрепленные; 4 - озерные различного механического состава. Fig. 1. Schematic map of soil-forming rocks of Mongolia (Уфимцева, 1984). Legend: 1 - eluvial and eluvial-deluvial; 2 - eluvial-deluvial and proluvial-deluvial: а -sandy loams prevail; б - sabulous and sandy loams prevail, в - sabulous and sandy prevail; 3 -eolian: а - fixed sands, б - half-fixed and not-fixed sands, б - half-secured and not-secured sands; 4 - lake rocks of different mechanical composition.

Количество солнечных дней в году достигает 250, преобладает прямая солнечная радиация (55-65%), на долю рассеянной приходятся оставшиеся 35-45%. Как следствие отмечается высокий уровень влиянии рельефа на температурный режим почв.

Территория исследования приурочена к зоне дерновинно-злаковых сухих степей. Степень проективного покрытия - 50-70%. Растительный покров представлен различными видами ковыля, житняка, полыни, тонконога и караганы. Преобладают злаково-тырсовые и злаково-змеевковые степи. Согласно почвенно-географическому районированию Д. Доржготова (1992, 2003, 2009) и Д. Доржготова с Н А. Ногиной (Почвенный покров ..., 1978, 1984), район исследования относится к Центрально-Монгольскому округу каштановых почв Центрально-Азиатской почвенной фации.

Юго-восток европейской части России и Западный Казахстан. Эта зона каштановых почв приурочена к двум крупным геоморфологическим областям: северной части Прикаспийской низменности и возвышенности Ергени.

Ергени имеют неоднородное тектоническое строение: погребенный кряж на юге и плоский прогиб на севере. Сложены породами саратовского, сызранского, киевского и царицынского палеогена, перекрытыми толщей майкопских отложений мощностью от 50 до 300 м (Карандеева, 1957).

I I/ S2 Щ]з ЕШ4 Ш5 Ш6 ш« Ш« Ш'О Ш вяП

М 13 14 КМ 15 EZ]16 ЕЗ/7 EZ]« I ^27 Ш 22 ^24

Рис. 2. Район исследования на почвенной карте Монголии (Панкова, 1997). Условные обозначения. Почвы равнин и мелкосопочников: 1 - каштановые (темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые), 2 - черноземы; 3 - аридные (бурые пустынно-степные, палево-бурые и серо-бурые), 4 - серо-бурые средне-профильно-гипсоносные, 5 -крайнеаридные маломощные поверхностно-слабогипсоносные, 6 - крайнеаридные поверхностно-гипсоносные, 7 - каштановые и лугово-каштановые солонцеватые, 8 - бурые и серо-бурые солонцеватые, 9 - солонцы автоморфные, 10 - солонцы полугидроморфные и гидроморфные, 11 - солончаки, 12 - такыры, 13 - луговые засоленные мерзлотные (содовые), 14 - луговые засоленные, 15 - пойменные локально засоленные, 16 - участие солончаков, 17 - участие луговых солонцов, 18 - участие автоморфных солонцов и солонцеватых почв, 19 - участие луговых засоленных почв, 20 - пески. Почвы горных территорий: 21 - высокогорные и горные с участием мерзлотно-таежных, дерново-таежных, горно-луговых и горно-степных, 22 - высокогорные без участия мерзлотно-таежных и дерново-таежных, преимущественно горно-степные, сухостепные и таежно-горно-тундровые, 23 - горные, преимущественно сухостепные и степные, 24 - горные, преимущественно полупустынные и пустынные. Fig. 2. Area of researches on the soil map of Mongolia (Панкова, 1997). Legend. Soils of plains and hummocky terrain: 1 - chestnut (dark chestnut, chestnut and light chestnut), 2 - black earths, 3 - arid (brown desert-steppe, pale yellow-brown and gray-brown), 4 - gray-brown average-profile-gypsum-bearing, 5 - extremely arid shallow surface-weak-gypsum-bearing, 6 - extremely arid surface-weak-gypsum-bearing, 7 -chestnut and meadow-chestnut saliferous, 8 - brown and gray-brown saliferous, 9 - automorphic saline soils, 10 - half-hydromorphic and hydromorphic saline soils, 11 - salt-marsh, 12 - takyr, 13 - meadow saline soils cryosolic (soda), 14 - meadow saliferous, 15 - floodplain locally saliferous, 16 - with salt-marshes, 17 - with meadow saline soils, 18 - with automorphic saline soils andи saline soils, 19 - with meadow saliferous soils, 20 - sands. Soils of mountain areas: 21 -high-mountain and mountain with cryosolic-taiga, turfy- taiga, mountain-meadow and mountainsteppe, 22 - high-mountain without cryosolic-taiga and turfy- taiga, mostly mountain-steppe, dry steppe and taiga-mountain-tundra, 23 - mountain, mostly dry steppe and steppe, 24 - mountain, mostly semi-desert and desert.

Рис. 3. Район исследования на почвенной карте России (Национальный Атлас России, 20042008). Fig. 3. Area of researches on the soil map of Russia (Национальный Атлас России, 20042008).

Поверх майкопских отложений располагаются континентальные Ергенинские, сложенные светлыми кварцевыми косослоистыми или горизонтальными песками с тонкими прослойками глин. На возвышенности Ергени мощность их снижается с севера на юг и в районе Прикаспия они уже не встречаются. На севере и местами на юге Ергенинские отложения перекрыты слоем неслоистых скифских глин мощностью от 3 до 50 м. И последний слой - лёссовидные суглинки мощностью до 70 м.

Рельеф Прикаспийской низменности преимущественно равнинный. Район представлен присыртовой хвалынской древней террасой, расположенной в пределах высот от 35 до 48 м н.у.м. БС. Для террасы характерно наличие пологих грив (невысоких, узких, линейно вытянутых поднятий), ориентированных с запада на восток, плоских широких ложбин (линейно вытянутых, незамкнутых, неглубоких понижений в рельефе), иногда низких курганов, мелких степных блюдец, падин (больших, порядка нескольких гектар, депрессий, глубиной 0.5-1 м). Микрорельеф территории сглажен и представлен небольшими западинами-депрессиями до 40 см глубиной и до нескольких десятков метров в диаметре.

Согласно геоморфологическому районированию, район исследования принадлежит Еруслано-Торгунской суглинистой сухостепной равнине. С юга и юго-востока к ней примыкает бессточная суглинистая Джаныбекская полупустынная равнина. Присыртовая терраса является типичной древней морской аккумулятивной террасой, на формирование которой в большой степени оказала влияние хвалынская трансгрессия. О происхождении элементов мезо- и микрорельефа существует несколько точек зрения. Некоторые склоняются к древней эрозионной деятельности (Ковда, 1950), многие другие исследователи - к их суффозионно-просадочному происхождению.

Климат. Район исследования находится в умеренном поясе, в континентальной восточноевропейской области (Алисов, 1936). Климат очень теплый, умеренно сухой. Суммарная солнечная радиация 4800-5050 МДж/м2 в год, сумма температур воздуха выше

10°С - 2800-3400, средняя годовая разность осадков и испаряемости -400-700 мм. Согласно карте климатического районирования (Будыко, 1971), климат сухой, индекс сухости -больше 3 (отношение комплексной испаряемости к осадкам). Летом здесь тепло, сумма температур земной поверхности находится в пределах от 2200 до 4400°С. Зима умеренно мягкая, средняя температура января от 0°С до -13°С. Снежный покров имеет толщину до 1015 см на севере, на юге же он неустойчив, зачастую сплошного покрова нет вовсе, так что почвы промерзают до глубины 80 см (практически как в тайге). Осадков мало - 300400 мм/год, их количество немного увеличивается с юго-востока на северо-запад. Потенциальная испаряемость намного выше: Ку составляет 0.3-0.4, климат засушливый.

Рис. 4. Схематический геологический профиль через восточный склон возвышенности Ергени и Прикаспийскую низменность у Красноармейска (Исаченко, 1991). Условные обозначения: 1 - четвертичные континентальные отложения; 2 - каспийские, 3 -ергенинские; 4 - онкофоровые; 5 - майкопские; 6 - киевские, 7 - царицынские; 8 -саратовские; 9 - сызранские; 10 - меловые. Fig. 4. Schematic geological profile of the eastern slope of Yergeni and Caspian Depression near Krasnoarmeysk (Исаченко, 1991). Legend: 1 -quaternary continental deposits, 2 - Caspian, 3 - Yergeninsky, 4 - oncophora, 5 - Maykopsky, 6 -Kievsky, 7 - Tsaritsynsky, 8 - Saratovsky, 9 - Syzransky, 10 - chalky.

Растительность. Согласно И.Н. Сафроновой (2001-2002), северная часть Прикаспийской низменности относится к зоне полынно-дерновиннозлаковых южных (опустыненных) степей, заволжско-западноказахстанских из белой полыни Лерха и ковыля сарептского. Формирование этого типа растительности обусловлено климатическими особенностями (сухой климат, немногочисленные осадки, резкие перепады температуры) и геоморфологическим строением местности, сложением и составом почвообразующих пород, условиями водоснабжения и стока, возрастом земной поверхности (Ларин и др., 1954).

Согласно карте геоботанических областей и районов Северного Прикаспия в междуречье Волга - Урал (Ларин и др., 1954), район исследования принадлежит к северной части Прикаспийской низменности, группе переходных районов, району Хвалынской террасы. Значительная часть данной территории в прошлом была распахана, а в настоящее время представляет собой залежь. Хорошо дренированную наклонную равнину пересекают глубокие балки и овраги. Здесь распространены двучленные (чернополынная ассоциация на солонцах, житняковая - в мелких западинках с каштановой почвой) и трехчленные

(белополынная ассоциация на каштановой солонцеватой почве, житняковая - на каштановой почве, ковыльно-типчаковая - в западинах с лугово-каштановой почвой) комплексы. Крупные падины с каштановыми и лугово-каштановыми почвами обычно распаханы.

На возвышенности Ергени развит двучленный комплекс из чернополынных и ковыльных элементов. Типичные виды: ковыль, типчак, сорные злаки (мятлик, полевичка), осока, пыреи.

Рис. 5. Район исследования на почвенной карте Казахстана и Средней Азии (http://www.cawater-info.net/aral/land.htm). Условные обозначения: 1 - черноземы выщелоченные и оподзоленные, 2 - обыкновенные, 3 - южные, 4 - темно-каштановые и каштановые почвы, 5 - комплексы темно-каштановых и каштановых почв с солонцами, 6 -светло-каштановые, часто солонцеватые, 7 - комплексы светло-каштановых почв с солонцами, 8 - бурые полупустынные, часто солонцеватые, 9 - комплексы бурых полупустынных почв с солонцами, 10 - комплексы серо-бурых пустынных почв, 11 -сероземы на значительных площадях преобразованные орошением, 12 - болотные, 13 -комплексы и сочетания лугово-черноземных почв, солонцов и солодей, 14 - комплексы почв с преобладанием солонцов, 15 - солончаки, часто в сочетании с солонцами, 16 - сочетания такырных почв и такыров, 17 - аллювиальные и луговые почвы, 18 - пески и слаборазвитые песчаные почвы, 19 - горные тундровые, 20 - горные подзолистые кислые неоподзоленные, 21 - горные серые лесные, 22 - горные луговые, 23 - горные лугово-степные, 24 - горные черноземы и горные каштановые почвы, 25 - горные коричневые и горные серо-коричневые, 26 - горные сероземы, 27 - высокогорные пустынные, 28 - ледники, 29 - осушка Каспийского и Аральского морей. Fig. 5. Area of researches on the soil map of Kazakhstan and Central Asia (http://www.cawater-info.net/aral/land.htm). Legend: 1 - leached and podzolized

black earthes, 2 - normal soils, 3 - eastern soils, 4 - dark chestnut and chestnut soils, 5 - complexes of dark chestnut and chestnut soils with saline soils, 6 - light chestnut soils, often saliferous, 7 -complexes of light chestnut soils with saline soils, 8 - brown semi-desert soils, often saliferous, 9 -complexes of brown semi-desert soils with saline soils, 10 - complexes of gray-brown desert soils, 11 - gray earths on the big areas, transformed by irrigation, 12 - swamp soils, 13 - complexes and combinations of meadow black earths, saline and soloth soils, 14 - complexes of soils with saline soils prevailing, 15 - salt marshes, often combined with saline soils, 16 - combinations of takyr soils and takyrs, 17 - alluvial and meadow soils, 18 - sands and young sandy soils, 19 - mountain tundra soils, 20 - mountain podzolic acid non-podzolized soils, 21 - mountain gray forest soils, 22 - mountain meadow soils, 23 - mountain meadow-steppe soils, 24 - mountain black earths and chestnut soils, 25 - mountain brown and gray-brown soils, 26 - mountain gray earths, 27 - highmountain desert soils, 28 - glacier, 29 - dewatering of Caspian and Aral seas.

Иногда можно встретить степные мхи и лишайники. Проективное покрытие достигает 80 процентов. Четко прослеживается комплексность.

Почвы. Каштановые почвы, согласно «Классификации и диагностике почв России» (2004) и «Полевому определителю почв» (2008), имеют характерный диагностический профиль (AU/AJ-BMK-BCA-Cca).

Каштановые почвы Монголии и Прикаспия имеют ряд различий в свойствах в связи с особенностями почвообразующих пород, что отмечалось в проведенных ранее исследованиях. Так для Монголии характерен супесчаный или легкосуглинистый состав пород, а для России средний или тяжелосуглинистый, что находит свое отражение в профильном распределении ила и физической глины. Он практически не дифференцирован в Монголии и имеет четко выраженное элювиально-иллювиальное распределение в Прикаспии. В связи с этим, каштановый морфологический горизонт (BMK) в почвах Монголии не всегда отчетливо выражен.

Почвообразующим породам Прикаспийской низменности присущи загипсованность и засоление и, как следствие засоленности, присутствие обменного натрия в почвенном профиле, также распределенного в почвенном профиле по элювиально-иллювиальному типу.

Материалы и методы

База данных. Почвенные характеристики. В ходе работы была создана базы данных каштановых почв по Юго-востоку Европейской России, Западному Казахстану и Монголии2. В нее вошли данные по каштановым, светло-каштановым и лугово-каштановым почвам, приуроченным к выбранным районам исследования.

Источниками для составления баз послужили работы прошлых лет. Для территории Монголии: «Почвенный покров основных природных зон Монголии» (1978), «Почвенный покров и почвы Монголии» (1984), Андроников В.Л. и Шершукова Г.А. (1975), Доржготов Д. (1973), Панкова Е.И. (1965, 1974, 1997). Для территории Юго-востока Европейской России и Западного Казахстана: «Почвы комплексной равнины Северного Прикаспия и их мелиоративная характеристика» (1964), Ковда В.А. (1950), Сукачев В.Н. (1955), Буяновский М.С. с соавторами (1956).

Информация по каждому разрезу, внесенному в базу данных, включает в себя следующие показатели: содержание гумуса, величину рН, содержание СаСО3, емкость

2 База данных по Монголии и России доступна по ссылке на сайте журнала "Экосистемы: экология и динамика" и открыта для использования с указанием на источник (Ибрагимова В.А., Конюшкова М.В., Голованов Д.Л. Опыт составления и сравнительного анализа баз данных по целинным каштановым почвам Прикаспия (Россия, Казахстан) и Монголии // Экосистемы: экология и динамика. 2018. Т. 2. № 4. С. 106-131). По всем возникающим вопросам просим обращаться к авторам работы.

катионного обмена, содержание обменного натрия, процент натрия от емкости катионного обмена, гранулометрический состав по семи фракциям (>1 мм (крупнозем), 1-0.25 мм, 0.250.05 мм, 0.05-0.01 мм, 0.01-0.005 мм, 0.005-0.001 мм, <0.001 мм), водную вытяжку (сумма солей и содержание анионов СО3 -, НСО3-, SO4 -, Cl-, содержание катионов Са , Mg , Na , К+), содержание гипса (CaSO4*2H2O) и карбонатов (CaCO3).

В общей сложности в базу вошла информация по 103 разрезам: 49 сделаны в юго-восточной части Европейской России и Западного Казахстана, 54 - в Монголии.

Выборки по показателям были составлены с учетом имеющейся информации, полученной из первоначальных источников:

- данные по гранулометрическому составу имеются для 49/49 разрезов (100%) по территории России и Западного Казахстана и для 45/54 разрезов (83.3%) по Монголии;

- данные по водно-солевой вытяжке имеются для 49/49 разрезов (100%) по территории России и Западного Казахстана и для 21/54 разрезов (40%) по Монголии;

- данные по содержанию гумуса имеются для 33/49 разрезов (68%) по территории России и Западного Казахстана и для 44/54 разрезов (81%) по Монголии;

- данные по содержанию карбонатов имеются для 30/49 разрезов (61%) по территории России и Западного Казахстана и для 40/54 разрезов (74%) по Монголии.

Климатические характеристики. В качестве биоклиматических параметров были взяты усредненные значения за 30 лет (1970-2000 гг.). Данные, полученные с сайта WorldClim (http://worldclim.org/version2), включили 19 характеристик: среднегодовую температуру, среднемесячную амплитуду колебаний температур в течение дня, изотермичность, сезонность температур, максимальную температуру самого теплого месяца, минимальную -самого холодного, годовой температурный диапазон, среднюю температуру самого влажного квартала, среднюю - самого сухого, среднюю температуру самого теплого квартала, среднюю - самого холодного, годовые осадки, осадки в самый влажный и самый сухой месяцы, их сезонность (коэффициент вариации), осадки в самый влажный и самый сухой кварталы, осадки в самый теплый и самый холодный кварталы.

Также были взяты данные по аридности и почвенной влаге за те же годы с сайта Cgiar (http://www.cgiar-csi.org/data).

В качестве показателя аридности был взят глобальный индекс аридности (Global-Aridity), созданный по модели и анализам А. Трабукко (http://www.cgiar-csi.org). Индекс связывает климатические данные с данными по процессу эвапотранспирации и дефициту осадков для потенциального вегетативного роста.

В качестве информативного показателя о состоянии почвенной влаги был взят глобальный водно-почвенный баланс высокого разрешения (Zomer et al., 2007, 2008). Баланс описывает действительную эвапотранспирацию и дефицит почвенной влаги.

Статистическая обработка данных. На первом этапе - предстатистической обработке -была произведена географическая привязка разрезов, попавших в базу данных, учитывая наличие такой информации в первоначальных источниках. По итогу этапа было привязано 47/49 разрезов по территории юго-востока Европейской России и Западного Казахстана и 33/54 по Монголии.

Данные из начальных источников были не структурированы и не готовы для прямой статистической обработки. Входные данные различались по размерности в некоторых показателях (состав водной вытяжки) и по разбиению на глубины. Для создания условий репрезентативного анализа был произведен перерасчет на одни единицы измерения внутри одного показателя и пересчет всех показателей на выбранные стандартные глубины: 0-5, 510, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-70, 70-100 и 100-150 см. Пересчет основан на интерполяции данных по исходным глубинам

методом сплайна (Malone et al., 2009; Мешалкина,

Мартыненко, 2017).

Гармонизация данных производилась в программе R Studio с помощью процедур из пакета ithir, созданного для среды «R» Б. Мелоном (https://www.rstudio.com) Пакет находится в открытом доступе и открыт для свободного скачивания.

Загруженные данные были пересчитаны с помощью функции для подгонки сплайнов «ea_spline». Функция производит предсказание непрерывной функции показателя сверху вниз по профилю до максимальной глубины и интерполирует, охватывая диапазон как наблюдаемых значений, так и неизвестных. Стоит также отметить главный минус работы функции - это невозможность работы с пустыми ячейками. Поэтому все пустые ячейки были удалены перед запуском программы.

На выходе мы получили файл *.csv, содержащий гармонизированные данные.

Второй этап - обработка данных в программе STATISTICA и Excel, которая включила в себя поэтапный анализ включенных в базу данных почвенных и биоклиматических характеристик:

1. Анализ общей статистической характеристики по каждому рассмотренному почвенному свойству и выявление обобщенных свойств почвенных профилей.

2. Анализ климатических параметров методом главных компонент для обоих районов исследования по отдельности.

3. Анализ климатических параметров методом главных компонент для обоих районов исследования совместно.

4. Анализ корреляции между климатическими факторами для выделения свойств, близко коррелирующих друг с другом.

5. Многомерный корреляционно-регрессионный анализ для получения уравнений линейной множественной регрессии, связывающих почвенные и климатические свойства.

Общая статистическая характеристика почвенных свойств. С помощью программы STATISTICA были получены усредненные данные (медианы) и разбросы (квартили) по почвенным характеристикам (операнд Descriptive statistics). Далее проведено построение профильных распределений по каждому показателю и анализ получившихся картин, результатом которого стали выявленные в ходе анализа обобщенные свойства почвенных профилей.

Метод главных компонент (РСА) - метод, позволяющий уменьшить размерность входных данных. Он позволяет оценить большое количество заданных показателей на признаковой плоскости и вычленить те компоненты, что вносят больший вклад в распределение - выявить наиболее значимые компоненты, а также определить те параметры, которые очень близко коррелируют друг с другом.

Используя этот вид мультивариативного анализа, можно наглядно оценить большой массив данных на простой двухфакторной плоскости.

В работе метод был использован для выделения свойств объектов, разделяющих их на кластеры. В частности, отделение почв Монголии от почв юго-востока Европейской России и Казахстана по биоклиматическим характеристикам, включенным в фактор и дальнейшее определение этих самых характеристик.

Корреляционно-регрессионный анализ. Эта методика позволяет установить связи между показателями, оценить влияние факторов на объект изучения и составить прогноз дальнейшего поведения объекта при заданных показателях. В итоге мы получаем упрощенную модель исходной системы, которую можно использовать для дальнейшего анализа.

Результаты

Общая статистическая характеристика почвенных свойств. Итоговая база данных почвенных разрезов каштановых почв по территории Юго-Востока России и Западного

Казахстана (рис. 6) и Монголии (рис. 7) включила в себя данные 103 профилей (49 - Россия (Казахстан) и 54 - Монголия). Рассмотренные параметры: гранулометрический состав, содержание карбонатов, гумуса, сумма солей (табл. 1).

Рис. 6. Расположение почвенных разрезов на территории Прикаспия. Fig. 6. Locations of soil profiles in the Caspian territory.

Рис. 7. Расположение почвенных разрезов на территории Монголии. Fig. 7. Locations of soil profiles in Mongolia.

Таблица 1. Статистическая характеристика свойств каштановых почв, составленная на основе созданной базы данных. Table 1. Statistical characteristics of chestnut soils features, based on our database.

Монголия Глубина Верхний квар- Нижний квар- Медиана Прикас-пий Глубина Верхний квар- Нижний квар- Медиана

тиль тиль тиль тиль

0-10 5 9.7 3.3 6.0 0-10 5 25.8 15.2 19.9

10-20 15 10.8 4.6 6.4 10-20 15 28.9 20.1 25.1

0s 20-30 25 12.5 4.2 8.1 20-30 25 30.8 23.4 27.1

30-40 35 15.8 5.0 9.2 30-40 35 31.0 22.6 27.3

О О 40-50 45 17.2 4.4 9.9 40-50 45 30.1 21.0 26.0

О V 50-70 60 15.6 6.0 9.5 50-70 60 28.5 21.7 25.0

70-100 85 14.7 6.0 9.5 70-100 85 26.1 19.5 23.6

100-150 125 13.2 5.0 9.3 100-150 125 27.7 17.8 22.8

0-10 5 23.9 10.3 15.1 0-10 5 44.2 27.7 37.6

0s 10-20 15 23.4 12.1 17.6 10-20 15 47.9 33.7 41.9

20-30 25 24.4 11.6 18.5 20-30 25 50.2 36.7 43.9

X S 30-40 35 27.7 12.0 21.3 30-40 35 49.7 35.0 43.5

п U 40-50 45 29.5 12.1 20.8 40-50 45 45.1 32.9 39.8

м 50-70 60 25.6 12.7 19.8 50-70 60 42.4 31.8 36.5

S е 70-100 85 23.5 10.3 16.3 70-100 85 41.3 25.2 33.9

100-150 125 22.0 9.3 16.5 100-150 125 44.5 25.3 33.2

0-10 5 1.1 0.0 0.0 0-10 5 0.5 0.0 0.1

10-20 15 2.3 0.0 0.0 10-20 15 0.9 0.0 0.1

20-30 25 8.4 0.0 0.5 20-30 25 3.6 0.2 1.1

Г) 30-40 35 8.7 0.2 2.0 30-40 35 7.2 2.2 2.9

о и 40-50 45 12.4 0.6 3.5 40-50 45 14.3 3.2 5.9

« 0 50-70 60 11.0 0.7 6.1 50-70 60 10.7 3.8 8.3

70-100 85 13.9 0.8 4.4 70-100 85 11.5 2.7 5.5

100-150 125 5.3 0.3 3.4 100-150 125 8.6 2.2 4.8

0-10 5 2.7 1.6 2.0 0-10 5 3.7 1.6 2.1

10-20 15 2.8 1.4 1.7 10-20 15 2.7 1.4 1.8

0s 20-30 25 2.3 1.0 1.5 20-30 25 2.0 1.2 1.5

30-40 35 1.8 0.8 1.2 30-40 35 1.6 1.1 1.3

s 40-50 45 1.3 0.4 0.9 40-50 45 1.3 0.8 1.0

U 50-70 60 0.8 0.1 0.4 50-70 60 1.0 0.5 0.8

70-100 85 0.3 0.0 0.0 70-100 85 0.7 0.3 0.5

100-150 125 0.0 0.0 0.0 100-150 125 0.6 0.4 0.5

0-10 5 0.06 0.03 0.04 0-10 5 0.07 0.03 0.05

« п 10-20 15 0.07 0.03 0.05 10-20 15 0.06 0.04 0.05

20-30 25 0.10 0.04 0.06 20-30 25 0.07 0.04 0.05

ма со, (%) 30-40 35 0.10 0.04 0.07 30-40 35 0.08 0.05 0.06

40-50 45 0.11 0.05 0.07 40-50 45 0.10 0.06 0.07

s 50-70 60 0.10 0.05 0.07 50-70 60 0.14 0.06 0.07

и 70-100 85 0.10 0.05 0.07 70-100 85 0.26 0.06 0.10

100-150 125 0.09 0.05 0.06 100-150 125 0.47 0.06 0.15

По вышеприведенной сводной таблице были построены профильные распределения по каждому показателю (рис. 8-12).

Профильные распределения гумуса для обоих районов исследования сходны. До глубины 80 см идет постепенное уменьшение содержания гумуса вниз по профилю. На глубинах 80-120 распределение не дифференцировано, однако отмечаются относительно повышенные значения для России и Западного Казахстана в сравнении с Монголией. Анализируя графики распределения карбонатов, стоит отметить хорошо выраженный карбонатно-аккумулятивный горизонт, присущий данному типу почв. Максимум карбонатов располагается в срединных горизонтах на глубинах 50-70 см. Также заметно отличие в средних максимальных значениях, повышенное для территории России. Скорее всего, наблюдаемые значения связаны с подстилающей породой.

Монголия Прикаспий

Содержание гумуса (%) Содержание гумуса (%)

0 12 3 4 0 1 2 3 4

Рис. 8. Профильные распределения гумуса (медиана и квартили). Fig. 8. Profile distribution of humus (median and quartiles).

Рис. 9. Профильные распределения СаСО3 (медиана и квартили).

Рис. 9. Profile distribution of СаСО3 (median and quartiles).

Текстурная дифференциация по илу хорошо выражена в почвах Прикаспия, в отличие от почв Монголии. Это связано с характерным средне/тяжелосуглинистым гранулометрическим составом каштановых почв Прикаспийской низменности. В Монголии гранулометрический состав супесчаный/легкосуглинистый.

Для территории Прикаспия (Юго-восток Европейской части России и Западный Казахстан) характерны засоленные почвообразующие породы. Вследствие этого на графике прослеживается увеличение содержания солей вниз по профилю. Также отмечается большой разброс значений, возрастающих в том же направлении, возможно связанный с разным уровнем промытости почв от солей. Профиль распределения солей в почвах Монголии не дифференцирован в связи с незасоленной почвообразующей породой.

Рис. 10. Профильные распределения илистой фракции (медиана и квартили). Fig. 10. Profile distribution of silty fraction (median and quartiles).

Рис. 11. Профильные распределения физической глины (медиана и квартили). Рис. 11. Profile distribution of physical clay (median and quartiles).

Сравнительная статистическая характеристика обобщенных почвенных свойств каштановых почв Монголии и Прикаспия (Российской и Казахстанской частей). Для проведения анализа различий, было использовано 7 обобщенных свойств почвенных профилей для дальнейшего пространственного анализа данных: 1) средневзвешенное содержание гумуса в слое 0.5 м; 2) средневзвешенное содержание физ. глины в слое 1 м; 3) средневзвешенное содержание ила в слое 1 м; 4) средневзвешенное содержание солей в слое 1 м; 5) средневзвешенное содержание карбонатов в слое 1 м; 6) отношение ила в слое 20-40 см к слою 0-20 см; 7) отношение карбонатов в слое 50-70 см к слою 100-150 см.

Рис. 12. Профильные распределения суммы солей (медиана и квартили). Рис. 12. Profile distribution of salts sum (median and quartiles).

38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14

о

□

г

Монголия Россия

"Ср. зн. □Ср. 3H.±SE iCp. 3H.±1.96*SE

Страна Среднее Критерий Стью-дента Число степеней свободы Уровень значимости Кол-во разрезов Стандартное отклонение Критерий Фишера Уровень значимости

Монголия 19.1 -3.7 65 0.0005 28 9.47 2.71 0.0084

Россия 31.3 39 15.59

Рис. 13. Средневзвешенное содержание физической глины в метровом слое каштановых почв Монголии и Прикаспия. Fig. 13. Weighted mean of physical clay content in 1-meter-deep layer of chestnut soils of Mongolia and Caspian region.

Сравнение средних по t-критерию показало, что каштановые почвы юга Европейской России и Монголии сходны по содержанию гумуса и выраженности карбонатно-иллювиального горизонта (по соотношению содержания карбонатов в слое 50-70 и 100150 см), то есть они схожи по основным диагностическим признакам каштановых почв. Почвы двух биоклиматических фаций различаются по гранулометрическому составу, выраженности текстурной дифференциации (по соотношению содержания ила в слое 20-40 и 0-20 см) и засоленности. Эти различия обусловлены литогенным фактором: различием в гранулометрическом составе и засоленности почвообразующих пород регионов. Отмечается высокая вариабельность по всем свойствам почв внутри климатических фаций.

Страна Среднее Критерий Стью-дента Число степеней свободы Уровень значимости Кол-во разрезов Стандартное отклонение Критерий Фишера Уровень значимости

Монголия 8.54 -7.7 61 0.0005 27 4.69 2.97 0.0051

Россия 21.99 36 8.09

Рис. 14. Средневзвешенное содержание ила в метровом слое каштановых почв Монголии и Прикаспия. Fig. 14. Weighted mean of silt content in 1-meter-deep layer of chestnut soils of Mongolia and Caspian region.

°Cp. зн. □Cp. 3H.±SE xCp. 3H.±1.96*SE

Страна Среднее Критерий Стью-дента Число степеней свободы Уровень значимости Кол-во разрезов Стандартное отклонение Критерий Фишера Уровень значимости

Монголия 0.094 -0.825 55 0.412 13 0.072 116.8 0.00000

Россия 0.27 44 0.78

Рис. 15. Средневзвешенное содержание солей в метровом слое почв Монголии и Прикаспия. Fig. 15. Weighted mean of salts content in 1-meter-deep layer of chestnut soils of Mongolia and Caspian region.

Страна Среднее Критерий Стью-дента Число степеней свободы Уровень значимости Кол-во разрезов Стандартное отклонение Критерий Фишера Уровень значимости

Монголия 6.21 0.89 56 0.38 27 6.01 2.29 0.030

Россия 5.04 31 3.96

Рис. 16. Средневзвешенное содержание карбонатов в метровом слое почв Монголии и Прикаспия. Fig. 16. Weighted mean of carbonates content in 1-meter-deep layer of chestnut soils of Mongolia and Caspian region.

Страна Среднее Критерий Стью-дента Число степеней свободы Уровень значимости Кол-во разрезов Стандартное отклонение Критерий Фишера Уровень значимости

Монголия 1.42 -0.90 57 0.37 27 0.86 6.28 0.000009

Россия 1.82 32 2.16

Рис. 17. Отношение ила в слое 20-40 см к слою 0-20 см в Монголии и Прикаспии. Fig. 17. Ratio between silt in layer of 20-40 and 0-20 cm deep in Mongolia and Caspian region.

Страна Среднее Критерий Стью-дента Число степеней свободы Уровень значимости Кол-во разрезов Стандартное отклонение Критерий Фишера Уровень значимости

Монголия 8.96 0.018 43 0.985 24 8.16 1.80 0.188

Россия 8.92 21 6.08

Рис. 18. Отношение карбонатов в слое 50-70 см к слою 100-150 см в Монголии и Прикаспии. Fig. 18. Ratio between carbonates in layer of 50-70 and 100-150 cm deep in Mongolia and Caspian region.

Страна Среднее Критерий Стью-дента Число степеней свободы Уровень значимости Кол-во разрезов Стандартное отклонение Критерий Фишера Уровень значимости

Монголия 1.75 0.646 64 0.520 33 0.67 2.25 0.025

Россия 1.89 33 1.000

Рис. 19. Средневзвешенное содержание гумуса в верхнем слое глубиной 50 см в Монголии и Прикаспии. Fig. 19. Weighted mean of humus content in 50-centimeter-deep layer in Mongolia and Caspian region.

Анализ сходства/различия климатических параметров. Большинство климатических факторов тесно связаны между собой, поэтому было принято решение сократить их количество, отсекая те, которые сильно коррелируют между собой.

Пороговым значением был выбран коэффициент корреляции, равный 0.8. Результаты этого анализа приведены в таблице 2. По итогам было выделено 11 климатических факторов, вошедших в последующие статистические анализы: среднегодовая температура, изотермичность, средняя температура самого сухого и самого влажного кварталов, минимальная температура самого холодного месяца, годовые осадки, осадки в самый сухой и самый влажный кварталы, сезонность температур, аридность, почвенная влага.

Анализ климатических параметров (метод главных компонент). Анализируя полученные результаты по распределению климатических характеристик на двухфакторной плоскости по почвам Монголии, следует отметить выделение в левую часть плоскости (фактор 1) разрезов, расположенных на западе и на востоке каштановой зоны Монголии (разрезы 17, 22, 20, 28, 24, 30). А также выделившиеся по второму фактору разрезы 30 и 24 (лугово-каштановые почвы) и 28 и 20 (каштановая и светло-каштановая почвы).

В первый фактор попали следующие показатели: осадки в самый сухой квартал (месяц) и в самый холодный месяц в году и аридность. Остальные параметры вошли во второй фактор. Такой разброс по данным признакам может быть объяснен различиями в континентальности климата и рельефом местности. Разрезы, находящиеся в центре каштановой зоны Монголии, расположились также вместе в центре двухфакторной плоскости распределения климатических показателей.

Двухфакторная плоскость распределения климатических признаков по территории Прикаспия имеет менее четкую дифференциацию. Показатели в первом факторе: максимальная температура самого теплого месяца, общие осадки и осадки в самый сухой и влажный кварталы, сезонность, аридность и водно-почвенный баланс. Второй фактор включил в себя осадки в самый холодный месяц. Однако при более детальном рассмотрении видно разделение по первому фактору. В левую часть выделились разрезы, расположенные на юго-западе исследуемого района (Россия), а в правую - на северо-востоке (Западный Казахстан). По второму фактору произошло разделение разрезов с территории Западного Казахстана с юга на север (сверху вниз соответственно).

Обобщенный анализ климатических параметров.

Обобщенный анализ климатических параметров методом главных компонент, выявил четкое разделение на двухфакторной плоскости (рис. 22). При этом в правую часть графика попали все разрезы, находящиеся на территории Монголии, а в левую - Прикаспийской низменности.

В первый фактор, описывающий 78% различий (рис. 22), вошли температурные показатели, осадки, сезонность и водно-почвенный баланс. Различия в данных показателях для анализируемых районов объясняются усиливающейся континентальностью климата.

Многомерный корреляционно-регрессионный анализ. Это последний этап статистической обработки. Он был проведен с целью выявления связей между почвенными свойствами и климатическими показателями. В качестве зависимых переменных рассматривались обобщенные свойства почвенных профилей, в качестве независимых - климатические показатели.

По результатам проведенного многомерного анализа корреляций климатических факторов и основных диагностических свойств каштановых почв (обобщенных свойств профилей), наибольшая связь была выявлена с содержанием ила и физической глины в метровом слое. Также была отмечена средняя степень корреляции с содержанием карбонатов и солей в метровом слое. Наименее достоверной оказалась взаимосвязь в регрессионной модели климатических факторов со средневзвешенным содержанием солей в метровом слое.

Таблица 2. Коэффициенты корреляции между климатическими параметрами. Условные обозначения: 1 - среднегодовая температура, 2 - среднемесячная амплитуда колебаний температур в течение дня, 3 - изотермичность, 4 - сезонность температур, 5 - максимальная температура самого теплого месяца, 6 - минимальная температура самого холодного месяца, 7 - годовой температурный диапазон, 8 - средняя температура самого влажного квартала, 9 -средняя температура самого сухого квартала, 10 - средняя температура самого теплого квартала, 11 - средняя температура самого холодного квартала, 12 - годовые осадки, 13 - осадки в самый влажный месяц, 14 - осадки в самый сухой месяц, 15 - сезонность осадков (коэффициент вариации), 16 -осадки в самый влажный квартал, 17 - осадки в самый сухой квартал, 18 - осадки в самый теплый квартал, 19 - осадки в самый холодный квартал, 20 -аридность, 21 - почвенная влага. Table 2. Coefficients of correlation between climatic indices. Notes: 1 - average annual t°C, 2 - average monthly amplitude of oscillation of t°C during the day, 3 - isotermality, 4 - seasonality of t°C, 5 - maximal t°C of the warmest month, 6 - minimal t°C of the coldest month, 7 - annual t°C range, 8 - average t°C of the wettest quarter, 9 - average t°C of the driest quarter, 10 - average t°C of the warmest quarter, 11 - average t°C of the coldest quarter, 12 - annual precipitation, 13 - precipitations of the wettest month, 14 - precipitations of the driest month, 15 - seasonality of precipitations (coefficient of variation), 16 - precipitations of the wettest quarter, 17 — precipitations of the driest quarter, 18 — precipitations of the warmest quarter, 19 — precipitations of the coldest quarter, 20 - aridity, 21 - soil humidity.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

1 1.00 -0.94 -0.51 0.87 0.99 0.97 0.96 0.53 0.99 0.77 -0.76 0.95 0.96 0.96 -0.78 -0.80 -0.95 -0.93 -0.88 0.66 0.82

2 -0.94 1.00 0.69 -0.79 -0.93 -0.94 -0.92 -0.48 -0.93 -0.72 0.84 -0.97 -0.96 -0.97 0.86 0.87 0.97 0.89 0.81 -0.62 -

3 -0.51 0.69 1.00 -0.67 -0.41 -0.51 -0.67 -0.33 -0.41 -0.28 0.75 -0.64 -0.58 -0.59 0.73 0.72 0.64 0.29 0.14 -0.19 -

4 0.87 -0.79 -0.67 1.00 0.79 0.81 0.96 0.53 0.79 0.58 -0.73 0.81 0.80 0.81 -0.74 -0.75 -0.82 -0.64 -0.56 0.43 0.60

5 0.99 -0.93 -0.41 0.79 1.00 0.97 0.91 0.50 1.00 0.79 -0.71 0.93 0.95 0.95 -0.74 -0.76 -0.93 -0.97 -0.94 0.69 0.84

6 0.97 -0.94 -0.51 0.81 0.97 1.00 0.92 0.49 0.97 0.80 -0.73 0.96 0.96 0.96 -0.76 -0.79 -0.95 -0.93 -0.88 0.70 0.84

7 0.96 -0.92 -0.67 0.96 0.91 0.92 1.00 0.55 0.91 0.68 -0.80 0.92 0.92 0.92 -0.82 -0.83 -0.93 -0.80 -0.72 0.55 0.72

8 0.53 -0.48 -0.33 0.53 0.50 0.49 0.55 1.00 0.49 0.45 -0.37 0.50 0.53 0.50 -0.37 -0.39 -0.47 -0.43 -0.40 0.41 0.50

9 0.99 -0.93 -0.41 0.79 1.00 0.97 0.91 0.49 1.00 0.79 -0.71 0.93 0.95 0.95 -0.75 -0.77 -0.94 -0.98 -0.95 0.69 0.84

10 0.77 -0.72 -0.28 0.58 0.79 0.80 0.68 0.45 0.79 1.00 -0.28 0.83 0.85 0.84 -0.32 -0.35 -0.79 -0.78 -0.77 0.94 0.96

11 -0.76 0.84 0.75 -0.73 -0.71 -0.73 -0.80 -0.37 -0.71 -0.28 1.00 -0.76 -0.74 -0.76 1.00 0.99 0.80 0.64 0.54 -0.21 -

12 0.95 -0.97 -0.64 0.81 0.93 0.96 0.92 0.50 0.93 0.83 -0.76 1.00 0.99 1.00 -0.79 -0.80 -0.99 -0.89 -0.82 0.75 0.86

13 0.96 -0.96 -0.58 0.80 0.95 0.96 0.92 0.53 0.95 0.85 -0.74 0.99 1.00 1.00 -0.77 -0.79 -0.99 -0.91 -0.85 0.77 0.88

14 0.96 -0.97 -0.59 0.81 0.95 0.96 0.92 0.50 0.95 0.84 -0.76 1.00 1.00 1.00 -0.78 -0.80 -0.99 -0.91 -0.85 0.76 0.87

15 -0.78 0.86 0.73 -0.74 -0.74 -0.76 -0.82 -0.37 -0.75 -0.32 1.00 -0.79 -0.77 -0.78 1.00 0.99 0.82 0.67 0.58 -0.24 -

16 -0.80 0.87 0.72 -0.75 -0.76 -0.79 -0.83 -0.39 -0.77 -0.35 0.99 -0.80 -0.79 -0.80 0.99 1.00 0.84 0.70 0.60 -0.29 -

17 -0.95 0.97 0.64 -0.82 -0.93 -0.95 -0.93 -0.47 -0.94 -0.79 0.80 -0.99 -0.99 -0.99 0.82 0.84 1.00 0.89 0.81 -0.70 -

18 -0.93 0.89 0.29 -0.64 -0.97 -0.93 -0.80 -0.43 -0.98 -0.78 0.64 -0.89 -0.91 -0.91 0.67 0.70 0.89 1.00 0.99 -0.71 -

19 -0.88 0.81 0.14 -0.56 -0.94 -0.88 -0.72 -0.40 -0.95 -0.77 0.54 -0.82 -0.85 -0.85 0.58 0.60 0.81 0.99 1.00 -0.71 -

20 0.66 -0.62 -0.19 0.43 0.69 0.70 0.55 0.41 0.69 0.94 -0.21 0.75 0.77 0.76 -0.24 -0.29 -0.70 -0.71 -0.71 1.00 0.97

21 0.82 -0.76 -0.29 0.60 0.84 0.84 0.72 0.50 0.84 0.96 -0.39 0.86 0.88 0.87 -0.42 -0.47 -0.82 -0.84 -0.82 0.97 1.00

ЭКОСИСТЕМЫ: ЭКОЛОГИЯ И ДИНАМИКА, 2018, том 2, № 4

Проекция кл им этических параметров на двукфакторную плоскость

4

кО

к

гч

О.

О -

1С Q

е

1 3 1 J ■ 1 1 1 1 1 1 ■ 1 1 1 1 i<|i

30 24 0

я 13 ....a........■..............1.............i............

dZ 0 а D 31 4 1 Щ 23 Bg ° 22

17 D □та о ----

2Е

2) ü

■-'-■-'-■-■- i . i .

-12 -ю

-4 -2 Э 2 Фактор!:: 43,5ZM

1Q

Рис. 20. Статистическое распределение климатических показателей на двухфакторной плоскости по разрезам на территории Монголии. Fig. 20. Statistical distribution of climatic indices on the two-factor plane in the soil profiles of Mongolia.

П роекция кл и м эти чес ки к. п a р а метров на двукфакторную плоскость

2E S H 0 = 31

* 29 a 5i 3B 0 9

3S' D 25

T2 D a- SZ

1 45 1 □

32 0 43 0 ü

4i □

36 D

0 1

10 -а -6 -4 -2 а 2 4 в a ia 12

Фактор!: 63-,25И

Рис. 21. Статистическое распределение климатических показателей на двухфакторной плоскости по разрезам на территории Прикаспия. Fig. 21. Statistical distribution of climatic indices on the two-factor plane in the soil profiles of Caspian region.

■и

in

-2.

о.

о -

- J

га -4

-10

Проекция климатических параметров на двухфакторную плоскость

1311 Р 22 30

.gJpSii Ш iB

" ¿1 о о {J

it о

■2А О »

О

-4^024 Фактор!: 77,7Ъ%

10

Рис. 22. Статистическое распределение климатических показателей на двухфакторной плоскости по разрезам в Прикаспии и Монголии. Fig. 22. Statistical distribution of climatic indices on the two-factor plane in the soil profiles of Mongolia and Caspian region.

Выводы

Была составлена и статистически проанализирована база данных по каштановым почвам юго-востока Европейской России, Западного Казахстана и Монголии, включающая в себя 103 разреза (49 на территории России и Западного Казахстана, 54 на территории Монголии). База содержит данные по почвенным свойствам и биоклиматическим характеристикам. На основе анализа базы данных выделены обобщенные свойства почвенных профилей каштановых почв: средневзвешенное содержание гумуса в верхнем 50 см слое, средневзвешенное содержание физической глины в верхнем метровом слое, содержание илистой фракции в верхнем метровом слое, содержание карбонатов в верхнем метровом слое, содержание солей в верхнем метровом слое, отношение ила в слое 20-40 см к слою 020 см, отношение карбонатов в слое 50-70 см к слою 100-150 см.

Сравнение значений свойств каштановых почв разных провинций по t-критерию, позволило сделать некоторые выводы.

1. Каштановые почвы юга Европейской России и Монголии достаточно сходны по содержанию гумуса и выраженности карбонатно-иллювиального горизонта (соотношению содержания карбонатов в слое 50-70 и 100-150 см), то есть они схожи по основным диагностическим признакам каштановых почв согласно критериям WRB (2014).

2. Почвы двух биоклиматических фаций резко различаются по гранулометрическому составу, выраженности текстурной дифференциации (соотношению содержания ила в слое 20-40 и 0-20 см) и засоленности. Эти различия обусловлены, в первую очередь, литогенным фактором: различием в гранулометрическом составе и засоленности почвообразующих пород юга Европейской России и Монголии.

Таблица 3. Результаты корреляционно-регрессионного анализа свойств каштановых почв и климатических параметров провинций. Table 3. Results of correlation-regression analysis of properties of chestnut soils and climatic parameters of provinces.

Почвенное свойство Общий вид модели R2 модели Ошибка оценки

Средневзвешенное содержание физ. глины в метровом слое 81.12+3.18x1-0.56x2-0.83x3+1.04x4--1.22x5+0.49x6-0.58x7-1.19x8--0.05x9+0.03x10-0.81x11 0.80 ±8.96

Средневзвешенное содержание ила в метровом слое 108.24+1.35x1-2.12x2-0.64x3+0.56x4--1.41x5+0.03x6+0.26x7+0.10x8--0.07x9-0.08x11 0.82 ±5.88

Средневзвешенное содержание солей в метровом слое 1.2-0.08x1+0.01x3+0.02x5 0.32 ±0.11

Средневзвешенное содержание карбонатов в метровом слое -13.05+5.52x1+0.66x2-0.09x3+0.02x4--3.83x5+0.13x6-0.11x7-0.43x8--0.06x9+0.03x10-0.60x11 0.38 ±0.38

Отношение ила в слое 20-40 см к слою 0-20 см 8.78+0.52x1-0.20x2+0.03x3+0.01x4--0.54x5-0.03x6+0.06x7+0.09x8--0.01x9+0.01x11 0.39 ±0.61

Отношение карбонатов в слое 50-70 см к слою 100-150 см 22.35+5.92x1+0.17x2-0.20x3+0.12x4--5.43x5+0.21x6-0.06x7-0.58x8--0.10x9+0.03x10-0.64x11 0.38 ±7.32

Примечания к таблице 3: х1 - среднегодовая температура (t°C), x2 - изотермичность (б/р), x3 -средняя температура самого сухого квартала (t°C), x4 - средняя температура самого влажного квартала (t°C), x5 - минимальная температура самого холодного месяца (t°C), x6 - годовые осадки (мм), x7 - осадки в самый сухой квартал (мм), x8 - осадки в самый влажный месяц (мм), x9 -сезонность температур (б/р), x10 - аридность (б/р), x11 - почвенная влага (мм). Note to Table 3: х1 -average annual t°C, x2 - isothermality (б/р), x3 - average t°C of the driest quarter, x4 - average t°C of the wettest quarter, x5 - minimal t°C of the coldest month, x6 - annual precipitation (mm), x7 - precipitation of the driest quarter (mm), x8 - precipitation of the wettest month (mm), x9 - seasonality of temperatures (б/р), x10 - aridity (б/р), x11 - soil humidity (mm).

3. Отмечается высокая вариабельность по всем свойствам почв внутри климатических фаций.

4. В результате факторного анализа биоклиматических переменных было получено четкое разделение каштановых почв Прикаспийской низменности от почв Монголии по фактору, включившему в себя: температурные показатели, осадки, сезонность, а также водный баланс каштановых почв. (фактор «водно-почвенный баланс») указанных провинций.

5. Проведенный анализ с выбранными климатическими параметрами показал, что наибольшую связь с ними имеет средневзвешенное содержание физической глины и ила в метровом слое (R =0.8). Средней по выраженности оказалась связь между средневзвешенным содержанием солей в метровом слое (R =0.32) и средневзвешенным содержанием карбонатов в метровом слое (R2=0.38).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Алисов Б.П. 1936. Географические типы климатов // Метеорология и гидрология. № 6. С. 1625.

Андроников В.Л., Шершукова Г.А. 1975. Почвы сухостепного стационара сельскохозяйственного объединения «Ялант» сомона Унжул Центрального аймака МНР. М.-Улан-Батор. Архив Совместной Российско-монгольской комплексной биологической экспедиции. 25 с.

Андроников В.Л., Шершукова Г.А. 1978. Почвенный покров госхоза Унжул // Почвенный покров основных природных зон Монголии. М.: Наука. С. 103-177.

Береснева И.А. 1984. Климат // Сухие степи МНР. Ч. 1. Стационарные исследования (сомон Унджул). Л.: Наука. С. 52-61.

Береснева И.А. 1988. Мезо- и микроклиматические ресурсы МНР // Природные условия, растительный и животный мир Монголии. Пущино. С. 15-38.

Беспалов Н.Д. 1951. Почвы Монгольской народной республики. М. 318 с.

Будина Л.П. 1964. Типы солонцовых комплексов // Почвы комплексной равнины Северного Прикаспия и их мелиоративная характеристика / Ред. Е.Н. Иванова. М.: Наука. С. 196258.

Будыко М.И. 1971. Климат и жизнь. Л.: Гидрометеоиздат. 472 с.

Буяновский М.С., Доскач А.Г., Фридланд В.М. 1956. Природа и сельское хозяйство Волго-Уральского междуречья. М.: Издательство АН СССР. 229 с.

Васильев В.Г. 1959. Геологическое строение МНР. Л.: Государственная научно-техническая инициатива нефтяной и горно-топливной литературы. 494 с.

Герасимов И.П. 1933. О почвенно-климатических фациях СССР и прилегающих стран // Труды Почвенного института им. В.В. Докучаева. Т. 8. Вып. 5. С. 38.

Доржготов Д. 1976. Классификация почв Монголии. Улан-Батор. 170 с.

Доржготов Д. 2003. Монгол орны хорс. Улан-Батор. 287 с.

Доржготов Д. 1973. Основные черты географии почв Северной Монголии и характеристика степных почв: дисс. ... к.г.н. М.-Улан-Батор. 24 с.

Доржготов Д. 1992. Почвы Монголии: Генезис, систематика, география, ресурсы и использование. Диссертация на соискание степени доктора биологических наук. М. 529 с.

Доржготов Д., Батхишиг О. 2009. Почвы. Почвенно-географическое районирование Монголии // Национальный Атлас Монголии. Улан-Батор. С. 120-122.

Доскач А.Г. 1979. Природное районирование Прикаспийской полупустыни. М.: Наука. 142 с.

Исаченко А.Г. 1991. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. М.: Высшая школа. 366 с.

Карандеева М.В. 1957. Геоморфология европейской части СССР. М: Изд-во МГУ. 314 с.

Ковда В.А. 1950. Почвы Прикаспийской низменности (северо-западной части). М.-Л.: Изд-во АН СССР. 255 с.

Кожемякин В.В. 1984. Млекопитающие // Сухие степи МНР. Ч. 1. Стационарные исследования (сомон Унджул). Л.: Наука. С. 93-95.

Лавренко Е.М. 1984. Сухие степи МНР. Академия наук СССР // Биологические ресурсы и природные условия МНР. Т. 29. Л.: Наука. 159 с.

Ларин И.В., Шифферс Е.В., Левина Ф.Я., Замятнин Б.Н., Иванина Л.И., Варивцева Е.А., Непли Г.Н., Сырокомская И.В. 1954. Основные закономерности распределения растительности и геоботаническое районирование северного Прикаспия в пределах междуречья Волга-Урал // Вопросы улучшения кормовой базы в степной, полупустынной и пустынной зонах СССР. М.-Л.: Изд-во АН СССР. С. 9-30.

Маринов Н.А. 1967. Геологические исследования Монгольской Народной Республики М.: Недра. 842 с.

Мешалкина Ю.Л., Мартыненко И.А. 2017. Гармонизация данных по профилям, собранных из разных источников // Цифровая почвенная картография: учебное пособие / Ред. И.Ю. Савин, П.А. Докукин. М.: РУДН. С. 40-47.

Мозесон Д.Л. 1955. Микрорельеф северо-западной части Прикаспийской низменности и его влияние на поверхностный сток // Труды Института леса. Т. 25. Исследования Джаныбекского стационара. С. 55-65.

Мурзаев Э.М. 1952. Монгольская народная республика: Физико-географическое описание. М.: Географгиз. 422 с.

Национальный атлас России в 4 томах. 2004-2008 / Ред. А.В. Бородко, В.В. Свешников и др. М.: Роскартография. Т. 1. 496 с.; Т. 2. 495 с.; Т. 3. 495 с.; Т. 4. 495 с.

Николаева Т.В. 1971. Геоморфологическое строение Центральной Монголии. Л.: Изд-во ЛГУ. 152 с.

Ногина Н.А., Доржготов Д. 1982. Почвенно-географическое районирование Монголии // Почвоведение. № 4. С. 23-31.

Панкова Е.И. 1997. Закономерности формирования почвенного покрова и особенности почв степей и пустынь Монголии // Почвоведение. № 7. С. 789-798.

Панкова Е.И. 1974. Каштановые почвы Центрально-Азиатской почвенно-географической провинции // Почвоведение. № 12. С. 42-53.

Панкова Е.И. 1965. Каштановые почвы Монголии, их генетические и мелиоративные свойства. Диссертация на соискание степени к.г.н. М.: МГУ. 190 с.

Полевой определитель почв. 2008. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева. 182 с.

Полынов Б.Б., Лисовский В.И. 1930. Рекогносцировочные исследования в области Северной Гоби // Материалы комиссии по исследованиям Монгольской и Тувинской народных республик и Бурят-Монгольской АССР. JI.: Изд-во АН СССР. Вып. 9. 74 с.

Почвенно-географическое районирование СССР (в связи с сельскохозяйственным использованием земель). 1962. М.: Изд-во АН СССР. 422 с.

Почвенный покров основных природных зон Монголии. 1978 / Ред. Н.А. Ногина, Д. Доржготов. М.: Наука. 274 с.

Почвенный покров и почвы Монголии. 1984 / Ред. И.П. Герасимов, Н.А. Ногина, Д. Доржготов. М.: Наука. 194 с.

Почвы комплексной равнины Северного Прикаспия и их мелиоративная характеристика. 1964. М.: Изд-во АН СССР. 292 с.

Прасолов Л.И. 1913. О мерзлоте в почвах юго-западной части Забайкальской области и в Монголии // Труды Троицко-Кяхтинского подотдела Приамурского отделения Русского географического общества. Иркутск-СПб. Т. 15. Вып. 2. С. 76-84.

Сафронова И.Н. 2001-2002. Фитоэкологическое картографирование Северного Прикаспия // Геоботаническое картографирование. СПб.: БИН РАН. С. 44-65.

Селиванов Е.И. 1972. Неотектоника и геоморфология Монгольской Народной Республики. М.: Недра. 293 с.

СукачевВ.Н. 1955. Почвы и растительность опытных участков Аршань-Зельменского стационара // Труды института леса. Т. 28. М.: Изд-во АН СССР. 209 с.

Уфимцева К.А. 1984. Почвообразующие породы // Почвенный покров и почвы Монголии. М.: Наука. С. 15-21.

Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. 2004. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена. 342 с.

Malone B.P., McBratney A.B., Minasny B., Laslett G.M. 2009. Mapping continuous depth functions of soil carbon storage and available water capacity // Geoderma. No. 154. P. 138-152.

Zomer R.J., Trabucco A., Bossio D.A., van Straaten O., Verchot L.V.2008. Climate Change Mitigation: A Spatial Analysis of Global Land Suitability for Clean Development Mechanism Afforestation and Reforestation // Agricultural Ecosystems and Environment. No. 126. P. 6780.

Zomer R.J., Bossio D.A., Trabucco A., Yuanjie L., Gupta D.C., Singh V.P. 2007. Trees and Water: Smallholder Agroforestry on Irrigated Lands in Northern India // Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute. P. 45.

Global Aridity and PET Database. Всемирная база растровых климатических данных в высоком разрешении [Электронный ресурс http://www.cgiar-csi.org/data (дата обращения 12.12.2017)].

RStudio. Свободная среда разработки программного обеспечения [Электронный ресурс https://www.rstudio.com (дата обращения 12.12.2017)].

Worldclim. Всемирная база климатических данных [Электронный ресурс http://worldclim.org/version2 (дата обращения 12.12.2017)].

PRACTICE OF COMPOSING AND APPLYING COMPARATIVE ANALYSIS TO THE DATABASES OF VIRGIN CHESTNUT SOILS OF CASPIAN REGION (RUSSIA AND KAZAKHSTAN) AND MONGOLIA

© 2018. V.S. Ibragimova*, M.V. Konyushkova*' **, D.L. Golovanov*' **

*M.V. LomonosovMoscow State University Russia, 119991, Moscow, Leninsky Gory, 1. E-mail: [email protected]

**V.V. Dokuchaev Soils Institute Russia, 119017, Moscow, Pyzhevsky Per., 7, Building 2. E-mail: [email protected]

Received 30.08.2018. Revised 30.09.2018. Accepted 01.11.2018.

Region of chestnut soils on the territory of Eurasia stretches from the southern part of Ukraine to the eastern boundary of Mongolia. The aims of our study include revealing zonal and provincial features of soils on the basis of collecting and analyzing the databases of the substantive features of virgin chestnut soils of Caspian region (Russia and Kazakhstan only) and Mongolia, with the regard to climatic conditions of the way they form. To make a comparison the data about profile distribution of the properties of the most typical chestnut soils, according to 7 soils indices which characterize the soils of these regions: humus and CaC03 composition, capacity of cation exchange, particle size distribution and aqueous extract (chlorine, sulfates, calcium, magnesium and sodium composition). We included 49 profiles to the database for Caspian region and 54 for Mongolia. We used stock information and published literature materials. Statistical analysis and data comparison proved the difference between the soils. As the result, some questions arose. Can we consider that these soils belong to the same type? What is the main reason of their properties' differences - climatic differences or different ways of historical evolution and soil-forming rocks? Keywords: Chestnut soils, provincial features, database analysis. DOI: 10.24411/2542-2006-2018-10023