Приглашаются все интересующиеся
Петр Александрович Шарый
Геоморфометрический анализ пространственной изменчивости почв и экосистем
29 октября, 15.30, ауд. 599Л
Цель – изучение связи почв и/или растений с переменными окружающей среды, такими как рельеф, климат и др. Специфика – развитие и использование расширенной системы методов геоморфометрии – науки о количественном анализе земной поверхности (Evans, 1972; Pike et al., 2009) – которая в каждом пикселе матрицы или карты рассчитывает 18 морфометрических величин (МВ) – количественных характеристик рельефа. 6 МВ были раньше, 6 заимствованы из физики и др., 6 введены; описан смысл по отношению к процессам в ландшафте (Shary et al., 2002).
Есть две группы моделей: (I) основанные на процессах (process-based) и (II) основанные на измерениях (inventory-based), причем (II) используют статистический анализ. Достоинства (I): прогноз динамики, недостатки (I) – произвол в выборе «ведущих» процессов. Достоинства (II): ведущие величины найдены из стат. Сравнений, позволяют строить карты, недостатки (II) – нет динамики. Работа моделей (I): для одного и того же леса и сценария климата несколько (I) дали от «сурового вымирания» леса до «благоприятных условий» его развития (Lischke et al., 1998). Поэтому модели (II) объективнее (Guissan, Zimmermann, 2000), они выбраны для анализа здесь.
Написана программа расчета всех этих МВ и построения моделей множественной регрессии (с критерием проверки и оценками предположений модели). Ниже представлены следующие результаты, полученные с использованием этих подходов.
(1) Новая система МВ мало используема, но представляет собой большой пул новых переменных среды.
(2) Изучены закономерности связи почв и эколого-ценотических групп (ЭЦГ) лесных растений в зоне аккумуляции и вне нее, построены карты. В зоне возрастали обменные Ca2+, Mg2+, Сорг. и тонкие фракции частиц, а число видов связанных с хвойными деревьями ЭЦГ в зоне уменьшалось. Возникновение зоны аккумуляции обусловлено водной эрозией на малых геологических временах, а связь ЭЦГ с почвой в ней создана конкуренцией за обеспеченные доступным питанием места.
(3) Построены региональная (3.5°´4°) модель и карта для характеристик урожайновти озимой пшеницы, объясняющие 74% дисперсии рельефом, климатом и типами почв; главная переменная среды – описывающая микроклимат МВ. Важной оказалась средняя по времени максимальная прибавка к урожаю, определенная как разность между опытом (с оптимальным внесением удобрений) и контролем (без удобрений), усредненная по годам (прибавка = 60% урожая пшеницы). Связь прибавки с переменными среды наиболее тесная.
(4) Пространственные закономерности, обусловленные рельефом и плотностью почв, выявлены для органического углерода (Сорг), Al, Fe, K, Ca, Mg, Mn, Cu и Zn на опытном участке 0.5 га с разрешением 1 м. 40-50% пространственной изменчивости Сорг объяснялось рельефом, при этом для верхнего слоя были важны южные склоны, а для нижнего – юго-западные, что интерпретировано как результат задержки в прогреве более глубокого слоя почвы. Выявлена тесная связь (R2 = 0.580, P<10–6) между вертикальными градиентами Cu и Zn (разность концентраций этих элементов по вертикали) при отсутствии значимой корреляции между Cu и Zn в двух соседних слоях почв. Установлено минимальное эффективное расстояние электрохимического взаимодействия между этими элементами, 10 см, в условиях активной водной эрозии.
(5) Как отмечал В.В. Докучаев (1901, С.342), «…высшую цель истинной науки составляет… постижение неизменяющегося среди переменного и вечного – между временным, соединенное с предсказанием долженствующего быть…», то есть, выражаясь современным языком, поиск инвариантов (в пространстве и/или во времени). Предложен метод на основе минимизации коэффициент вариации (CV) и рассмотрены пространственные инварианты или стабильные сочетания химических элементов в почве.
(6) Сформирована региональная пространственная модель и карта запасов углерода в почвах для лесотундры. Модель множественной регрессии объясняла 84% пространственной вариации запасов углерода в почве на основе связи их с изменением таксонов почв, климата и рельефа.
