443.вероятностно статистические модели свойств почвы (на примере каштановых почв кулундинской степи)

На правах рукописи
МИХЕЕВА Ирина Виюгоровна
ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СВОЙСТВ
ПОЧВЫ
(на примере каштановых почв Кулундинской степи)
Специальность 03.00.27 — почвоведение
Автореферат
диссертации насоискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва-2002
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Работа выполнена в Институте почвоведения и афохимии Сибирского
отделения РАН
Официальные оппоненты
доктор биологических наук, профессор Шеин Е В
доктор биологических наук, профессор Карпухин А И
доктор технических наук, профессор Полуэктов Р А.
Ведущая организация Почвенный институт им В В Докучаева
Зашита состоится » ^о » trjj.jfpf, /Jl№2 r в /
^f час
на заседании диссертационного совета Д 220 043 02 в Московской
сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева
Адрес 127550, Москва И-550, ул Тимирязевская, 49 Ученый совет МСХА
С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА
Отзывы на автореферат, в двух экземплярах, заверенные печатью
организации, просьба присылать по указанному адресу ученому секретарю
диссертационного совета
Автореферат разослан _'_' '
i
''_r
*'~
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат биолотических наук В В Говорина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ -:.^~<
Актуальность темы исследования. Мониторинг компонентов окружающей среды
является одной из наиболее актуальных научных проблем в связи с антропогенными и
естественными изменениями биосферы. Основные задачи, возникающие при этом:
анализ, оценку и прогноз изменений свойств почв невозможно выполнить корректно,
без знания их пространственной вариабельности, от которой зависит методика
исследований, точность, достоверность оценок и ценность прогнозов. Мониторинг
связан с получением, накоплением, хранением, обработкой и анализом массовых
данных о состоянии почвенных объектов. Это„требует дальнейшего развития
математических, в том числе вероятностно-статистических методов, что определяется
естественной вариабельностью почвы даже в пределах однородных объектов
(Кзрпачевский^968;^.Дмитриев.^ 1983--И др.). При этом функцией факторов
почвообразования являются не константные значения почвенных признаков, а
некоторый диапазон их варьирования. Вероятностную структуру встречаемости
отдельных значений свойства в интервале варьирования отражает
вероятностное распределение, которое является полной и универсальной
характеристикойслучайной величины, или ее моделью. Статистический способ
получения этих моделей основан на подборе и подгонке по экспериментальным
данным, как вида, так и параметров функций распределений. В работах многих
авторов показано, что эмпирические статистические распределения свойств почвы
закономерны и часто отличны от нормального распределения (Гаусса) (Важенин, 1963;
Савич, 1972 и др.), однако имеющиеся в научной литературе сведения об их
математических функциях отрывочны, а иногда противоречивы, что определяет
необходимость дальнейших исследований по . этой теме. Вероятностные
распределения свойств почв по массовым данным необходимы для достоверной
количественной оценки состояния и изменений почв, для более точных земельно-
оценочных,-инженерно-мелиоративных, экономических, информационных расчетов, а
также математического моделирования почвенных процессов, как в научных, так и в
практических целях. В настоящее время свойства почвы характеризуются без учета их
естественной вариабельности, хотя сама вариабельность является важной
характеристикой протекания почвообразовательных процессов, поэтому актуальным
является изучение ее, как закономерного проявления свойств в генетическом профиле,
при различных факторах почвообразования и способах использования почвы. В
современных физических представлениях о развитии сложных открытых систем
подчеркивается фундаментальная. сущность вариабельности, "что приводит к
определенным вероятностным законам; которым подчиняются их свойства (Николис,"
Пригожий,1990). Все это придает исследованиям и математическому описанию
вариабельности почвенных признаков актуальное научно-методологическое,
теоретическое и методическое значение.
Цель исследования. Изучение закономерностей вариабельности свойств почвы и
вероятностно-статистическое моделирование для разработки статистических методов
достоверной оценки состояния и изменений почв.
Задачи исследования:
1. Выработать концептуальные математические и вероятностно-статистические
модели вариабельности свойств почвы.
2. На основе массовых и экспериментальных фактических данных изучить"'
закономерности вариабельности свойств почвы на разных уровнях организации:
профильное распределение статистических характеристик вариабельности;
чувствительность вариабельности к факторам почвообразования; устойчивость и
изменчивость вариабельности при антропогенных процессах.

Методы и объект
Основной метод исследования - статистико-аналитический. Статистический анализ
осуществлялся сиспользованием стандартных процедур известных пакетов программ,
а также новых разработок факультета прикладной математики и информатики
Новосибирского Государственного Технического Университета. Вероятностно-
статистические распределения свойств почвы получены с использованием известных
и новых методических подходов. Для нескольких десятков известных функций
распределения по фактическим данным оценивались параметры по методу
максимального правдоподобия. Робастность оценок параметров распределений
обеспечена оптимальным группированием данных. Проверка множества гипотез
осуществлялась с использованием нескольких статистических критериев согласия, что
обеспечило однозначный выбор функций распределения, наиболее близко
аппроксимирующих фактические данные. Всего в работе проанализировано около
шестисот выборок, идентификация .вероятностных, распределений проведена для
более ста. В диссертации использованы материалы сплошных крупномасштабных
исследований значительной территории (16 тыс.км
2
) каштановых почв юго-запада
Кулундинской степи, сформированных надревних озерно-аллювиальных отложениях.
Вариабельность свойств изучена в пределах почвенных разновидностей.
Лабораторные исследования почвенных образцов выполнены поединым стандартным
методикам. На основе полученной информации нами создан банк данных о свойствах
почвы в индивидуальных профилях (около 4000 профилей). Объем полученных
выборок составлял 50-600 значений. Фактические данные о флуктуациях свойств
почвы на близких расстояниях, при выровненных факторах почвообразования,
получены путем траншейных исследований.
Научная новизна
Предложено выделять три категории изменчивости свойств почвы на каждом
уровне организации:неоднородность, вариабельность и флуктуации в зависимостиот
выровненное™ факторов почвообразования.
Количественно изучена вариабельность свойств в пределах разновидностей
каштановых почв в литокатене отпеска рыхлого досреднего суглинка в автоморфных
и полугидроморфных условиях. Показано, что гранулометрический состав является
фактором, определяющим вариабельность почв, а вероятностно-статистические
распределения содержания гранулометрических фракций определяются процессами
литогенеза, дефляцией и почвенными процессами. Выявлена однотипность среднего
соотношения фракций гранулометрического состава во всех разновидностях
каштановых почв наодной территории аллювиального генезиса.
С использованием новых методических подходов определены математические
функции и параметры вероятностных распределений свойств каштановой почвы
различных разновидностей. Показано, что полученные функции адекватно отражают
закономерности изменения вариабельности почвенных признаков в генетических
горизонтах, при различиях факторов почвообразования, а так же при современных
антропогенных процессах, тоесть являются вероятностно-статистическими моделями
свойств почвы. Это позволяет использовать эти функции в качестве
статистического эталона для оценки состояния почвы, геологических,
ландшафтных и антропогенных процессовс учетом ее вариабельности.
Теоретическая значимость
Использование новых методических подходов к анализу распределений позволило
перейти от эмпирических статистических к математическим функциям вероятностных
распределений. Результаты статистического исследования показали, что
вероятностные распределения свойств почвы описываются большим набором
функций распределений: семейства Джонсона, семейства экспоненциальных.

экстремальных (минимального или максимального) значений, показательных,
нормальных, Вейбулла, логнормапьных, Коши и, в редких случаях - Накагами и бета-
распределением 1-го рода. В диссертации обоснована закономерность «волны»
вероятностных распределений почвенных свойств-в зависимости от факторов и
процессов почвообразования, заключающаяся в взаимосвязанном изменении сдвига,
рассеяния и формы распределения. Это объясняет большое, разнообразие
математических моделей распределений, и дает основу для дальнейшего построения
более универсальной модели.
Модели вариабельности свойств почвы в пределах элементарных почвенных ареалов
V могут послужить базой для построения более общей модели почвенного покрова, и
.необходимы для развития теоретических представлений о почве.
Установлено, что вероятностные распределения почвенных признаков являются
диагностическими характеристиками,позволяющими достоверно оценивать почвенные
свойства, .с учетом всей их вариабельности. Это позволяет следить за почвенными
процессами и изменениямисостояния почвенных объектов.
Защищаемые положения
1. Полной количественной характеристикой свойства почвы является характеристика его
вариабельности, отражаемая математической функциейвероятностно-статистического
распределения (ВСР).
2. ВСР свойств почвы характеризуются большим разнообразием математических
функций, различающихся как по сдвигу, рассеянию, так и по форме. ВСР чутко
реагируют на изменение факторов почвообразования, даже при близких интервалах
варьирования. Небольшие изменения выражаются различием параметров
распределений, при более существенных - меняется тип распределения.
3. Антропогенные процессы приводят к изменению математических функций и
параметров ВСР свойств почвы. Анализ изменения ВСР дает информацию об
устойчивости к изменениям локальных участков, что позволяет делать
дифференцированную количественную оценку фактических изменений свойств почвы.
Наблюдаются три основных варианта изменения ВСР свойств почвы: изменение
вероятностей значений при постоянном интервале варьирования; сжатие или
расползание распределения и сдвиграспределения.
Научно-прикладное значение и пути реализации
1. Статистические исследования в пределах одного подтипа каштановых почв,
проведенные на основании большого массива данных, показали, что вариабельность
свойств почвы в большой мере определяется гранулометрическим составом. В связи с
этим в названии почвы предлагается характеристику гранулометрического состава
приводить сразу после характеристики подтипа. , , > •
2. Вероятностно-статистические модели дают наглядную и компактную форму
количественного описания свойств почв с учетом вариабельности. Многочисленные
данные крупномасштабных и детальных почвенных обследований могут быть
свернуты путем указания типов вероятностных распределений признаков и их
параметров. По этим характеристикам легко восстановить сами кривые
распределения и использовать для необходимых расчетов с точностью, которая
другими способами недостижима. Вероятностно-статистические распределения дают
возможность использовать вероятностные подходы (например, метод Монте-Карло)
для имитационного математического моделирования почвенных процессов и
информационных советующих систем.
3. Вероятностно-статистические модели свойств шести разновидностей каштановых и
трех разновидностей лугово-каштановых почв юго-запада Кулундинской степи,
полученные в работе, могут быть использованы для практических целей. Результаты
исследования положены в основу банка данных о состоянии почв Кулундинской степи

и используются при создании математического и информационного обеспечения
мониторинга почв
4 В результате статистического анализа большого массива фактических данных
получены достоверные оценки изменения содержания гумуса и гранулометрических
фракции в каштановых почвах при дефляции и почвозащитном земледелии Также
выполнена оценка изменения содержания солеи обменных катионов и
гранулометрических фракции год воздействием орошения слабоминерализованнои
водой гидрокарбонатно натриевого состава
5 Концептуальная схема информационного и математического обеспечения
мониторинга почв служит основой для создания системы банков данных
математических методов и моделей обеспечивающих достоверность анализа и
прогноза изменении свойств почв в результате современных антропогенных и
естественных процессов
Вклад автора в разработку проблемы
Автором выполнена постановка задач исследования методологические и теоретические
разработки моделей формирование банка данных статистический анализ и обобщение
результатов Полевые исследования пространственных флуктуации и вариабельности
свойств почвы з также сбор данных проведен совместно с кбн Кузьминой ЕД Автор
является инициатором и руководителем проекта "Исследование почвенном
вариабельности и моделирование ее структуры идинамики РФФИ (N 94 04 11506)
Апробация и публикация результатов исследовании
Результаты исследовании докладывались на региональных российских и международных
конференциях симпозиумах и съездах посвященных вопросам почвоведения экологии
рационального природопользования на конференции*Ландшафтно-экологические основы
природопользования и природоустроиства"в Целинограде (1989) на ученых советах ИПА
СО РАН (1993 1996 2000) на научно-практической конференции О создании единой
региональной системы мониторинга окружающей природнойсреды и здоровья населения
Сибири (1996) и Третьем россиискокорейском симпозиуме по науке и технике (1999) в
Новосибирске на Международной конференции стран Содружества "Экология и Физика
почв" в Пущино (1992) на международных симпозиумах МОП "Genesis and Control of
Fertility of salt affected soils* в Волгограде (1991) и "Sustainable management of salt affected
soils in the and ecosystem* в Каире (1997) на съездах РоссийскогооЬщества почвоведов в
Санкт Петербурге (1996) и Суздале (2000) на международной конференции Проблемы
антропогенного почвообразования* (1997) и Всероссийской конференции "Антропогенная
деградация почв и почвенного покрова" (1998) в Москве Основные результаты
исследовании по теме диссертации опубликованы в 34 работах из них 2 — в журнале
"Почвоведение" на русском и английском язь ках Опубликована Ьрошюра с
методическими рекомендациями "Анализ изменении свойств почвы по изменению их
статистического распределения" Опубликована монография (2001)
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения 3 основных разделов в 7 главах научно практических
предложении и выводов Работа изложена на 360 страницах включая 62 таблицы и
иллюстрирована 61 рисунком Список использованной литературы насчитывает 187 работ
на русскоми40 работ на английскомязыке
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Раздел I Основы изучения вариабельности
Методологические и теоретические аспекты почвенной вариабельности (Глава 1)
Анализ научной литературы показал что за последние 40 лет как в русской
науке так и в зарубежной проведены разноаспектные исследования почвенной
вариабельности Развиваются методики для записи и хранения данных почвенных
съемок, методы многомерной статистики численной и непрерывной классификации
геостатистические методы мупьтимасштабные подходы фрактчпы и наконец

исследования, основанные на теории хаоса. Тем не- менее, вероятностно-
статистическое представление о почве, о необходимости которого писал Е.А.
Дмитриев (1995), все еще не является общедоступным, поэтому дальнейшие
исследования вариабельности не менее актуальны. '
Современная методология рассмотрения открытых сложных систем, какой
является почва, предполагает представления об их • иерархической организации.
Иерархические уровни пространственной организации почв и почвенного покрова
рассматривались в работах российских авторов [Розанов, 1983; Воронин, 1986;
Фридланд, 1972; Годельман, 1991; Дмитриев 1993, а также в работах зарубежных
авторов Wagenet, Bouma and Hutson, 1993; N.B.BIiss and Sh.W.Waltman, 1994 и других],
при этом выделялись, как правило снекоторыми расхождениями, уровни организации:
от молекулярного до планетарного. В таблице 1 представлены уровни
пространственной иерархической организации почв и почвенного покрова, вкоторойза
базовый уровень i выбран уровень 'почва". В нашем исследовании, опираясь на
выделенные уровни, как матрицу, выделены уровни вариабельности.
Т а б л и ц а 1
Иерархические уровни организации почв и почвенного покрова
Уровень организации'
/' + 6Планета Земля
/+ 5Континенты
1+ 4Страны, провинции
1+ 3 Почвенные регионы
/+ 2 Бассейны, катены
1+ 1 Поле (полипедон)
3
/ Почва (педон*)
/-1 Почвенный горизонт
г - 2 Агрегатная структура
/- 3 Элементарные
почвенные частицы
г*4 Молехулярнэя система
Факторы и процессы,определяющие пространственную
вариабельность
2
Космические, геологические.
Экзогенез
Географическое положение
Климат, породы
Ландшафтные процессы, рельеф
Агрогенные процессы,дефляция, эрозия
Факторы почвообразования,
элементарные почвенные процессы
Гранулометрический состав, содержание гумуса
Минералогия, дисперсность материала
Элементный состав минералов
Рассмотрение почв и почвенного покрова, как сложной многоуровневой
системы, приводит к необходимости так же рассматривать и факторы, и процессы,
определяющие почвенную вариабельность. Вариабельность почвы связана с
колебаниями факторов почвообразования разного уровня организации, являясь
количественным срезом проявления суммы почвообразовательных процессов,
выраженных в пространстве. Разномасштабность почвенной вариабельности
определяется разномасштабностъю химических, физических, биологических,
геоморфологических и геологических процессов. Процессы и факторы нижних
По Bliss and Waltman,1S94
Обозначены фрагментарно к требуют доработки
Эл^к^чтер1'ый пэчъекный ареал (ЭПА) по Фридланяу

уровней организации вносят свои вклад в варьирование свойств почвы на более
высоких уровнях организации в виде флуктуации Кроме того на каждом уровне
действуют свои специфические причины вариабельности а именно колебания
факторов данного уровня при большом размахе которых выделяются различные
почвенные объекты В связи с этим нами предложено рассматривать три категории
изменчивости свойств гочвы на каждом уровне организации неоднородность — при
значительном изменении факторов почвообразования вариабельность — гри их
незначительных колебаниях и флуктуации при выровненных факторах
почвообразования (рис 1)
, к " . а — 1 i
Рисунок 1 Соотношение различных категорииколичественного варьирования
Неоднородность каштановых почв определяется различиями факторов
почвообразования в пределах одной почвенно климатической зоны в зональном
плане - усилением засушливости с севера на юго восток и континентальное™ с
запада на восток, различиями почаообразующих пород и их генезиса На исследуемой
территории неоднородность определяется геологическими закономерностями
аккумуляции и переноса гранулометрических фракции при аллювиальном и эоловом
генезисе приведшем к формированию различных литологических разновидностей
Основной причиной вариабельности почвы является чувствительность ее
свойств к колебаниям факторов почвообразования особенно гранулометрического
состава и микрорельефа которые существенно влияют на водный режим
поступление органического вещества и более интенсивное проявление почвенных
процессов Колебания факторов почвообразования определяют изначально
парцеллярный характер почвенного покрова [Карпачевскии 1968] Процессы
почвообразования приводят к тому что границы парцелл размываются <э колебания
свойств приобретают характер вариабельности Исследования вариабельности
показали что при всей несомненной роли факторов их гопичесг^аснили связь со

значениями почвенных свойств может быть небольшой и не строго
детерминированной [Дмитриев,1983].
Флуктуации свойств почвы определяются локальными количественными
различиями проявления элементарных почвенных процессов, которые имеют место
при выровненных факторах почвообразования. Флуктуации дает сам процесс
почвообразования, поскольку многие микропроцессы,протекающие в почвах, такие как
образование агрегатов, трещин, каналов, стохастичны. Гидродинамическая
неустойчивость фронта движения влаги, даже в абсолютно однородных почвах,
приводит к формированию внутри почвенного профиля "пальчатой" структуры [Смагин,
1999]. Многие почвообразовательные процессы идут не фронтально, а локально, с
образованием в почвенном профиле микрозон, существенно различающихся по
характеристикамw
[raA>KHeB__jAy Дрц_ 1988], что, в конечном итоге, приводит к
варьированию количественных значений влажности, содержания веществ и других ха-
рактеристик почвы на очень близких расстояниях. Кроме того, флуктуации
усиливаются малыми колебаниями факторов, особенно гранулометрического состава.
Пространственные колебания и флуктуации приводят к тому, в каждой
отдельной точке значения почвенного свойства различаются, причем одни значения
характеризуются большей вероятностью, а другие меньшей. Зависимость
вероятности (частоты) проявлений значений свойства от самих этих значений
описывается функцией вероятностного (статистического) распределения.
Центральные значения, как правило, характеризуют наиболее вероятное проявление
свойства, соответствующее тем условиям, когда процессы, его формирующие,
сбалансированы при заданных факторах почвообразования. Крайние, менее
вероятные, значения соответствуют тем условиям, когда причины, ведущие к
убыванию, или к возрастанию, превалируют. Такое соотношение вероятностей
приводит к тому, что чаще всего, кривые вероятностного распределения (в
дифференциальном виде) имеют куполообразную форму.
Для того, чтобы представить изменение вероятностно-статистического
распределения (ВСР) при протекании какого-либо процесса, ведущего к
закономерному изменению количественного выражения почвенного свойства,
рассмотрим модель на рисунке 2. Пусть аккумулятивный процесс Y,
спровоцированный каким-то изменением внешних условий естественного или
антропогенного происхождения, приводит к возрастанию количественного выражения
свойства X почвы, исходно имеющего симметричное распределение с небольшбй
дисперсией (рис. 2 А).
Тогда значительный рост дисперсии и правая асимметричность (рис. 2 Б)
реализации свойства Х(Х1,Х2,...,Хп) в пространстве свидетельствует о том, что
небольшая часть значений X, существенно превышающих моду, соответствует
участкам почвенного покрова, проявляющим отзывчивость на данное изменение
внешней среды. В то же время, основная часть значений X сохраняет "небольшие"
величины, вследствие того, что участки почвенного покрова, которым соответствуют
эти значения, проявляют несколько большую устойчивость к воздействию."
Следовательно, возникшая правая асимметричность ВСР говорит о слабом
распространении или начальной стадии развития процесса Y на исследуемой
территории. При постоянных внешних условиях, провоцирующих развитие процесса Y,
статистическое распределение свойства X примет симметричную форму с большей
дисперсией (рис. 2 В).

• -
•it
. n f
i n f
n f
PncjTiOfc. 2 Модель изменения вероятностно-статистического распределен ы
А Д - этапы изменения
Если дальнейшее развитие процесса Y возможно то левая асимметричность
распределения (рис 2 Г) свидетельствует о приближении к предельному
пространственному распространению процесса Верхняя граница варьирования в
гаком случае достигая своего предела не возрастает а основная часть значении
группируется вокруг своей моды располагающейся в верхней части возможного
интервала варьирования Дальнейшее развитие процесса приведет к уменьшению
разброса значении а форма распределения при этом станет ближе к симметричной
(рис 2 Д). что при небольшой дисперсии говорит о законченности процесса на
исследуемой территории При рассмотрении процесса ведущего к убыванию порядок
смены формы распределения обратный (рис 2 Д А)
Таким образом наличие предела фиксирует верхнюю или нижнюю ветвь
вероятностно статистического распределения и тогда при изменении другой ветви
существенно меняется его форма Происходит своеобразная "волна" распределения
При этом меняются его статистические показатели среднее дисперсия асимметрия
эксцесс Следовательно по поведению ВСР можно диагностировать естественные
возможные пределы изменения
Резюме Фундаментальная сущность вероятностно-статистических распределении
обусловлена тем что они являются структурными характеристиками статистических
систем и характеризуют целостные свойства системы показывая при этом как
отдельные ее элементы соотносятся с целым Распределения выступают как основа

своеобразного системного статистического видения мира. Рассмотренная модель
изменения вероятностно-статистического распределения при протекании процессов
говорит о том,что форма распределений одного и того же свойства может быть очень
разнообразной. В почвоведении, как впрочем, и во многих других областях науки,
математические функции вероятностно-статистических распределений признакоа пока
доподлинно не известны или не обоснованы. Своим исследованием мы попытались
ликвидировать этот пробел - в главах 4, 5, 6 и 7 проведен анализ и идентификация
математических функций вероятностно-статистических распределений различных
свойств каштановых илугово-каштановых почв.
Объект и методика исследования (глава 2)
Объектом исследования в нашей, работе является вариабельность свойств
каштановой почвы. Современными методами математической статистики были
детально проанализированы архивные данные крупномасштабных почвенных
обследований значительной территории. Почвенные исследования проводились на
территории площадью около 16 тыс. кв км (около 200 км с севера на юг и 80 км с
запада на восток), которая расположена в юго-западной части Кулундинской степи
(Рисунок 3). Климат здесь отличается засушливостью и континентальностью. Рельеф
представляет собой спабо-полого-волнистую равнину. Почвенный покров на 70%
представлен каштановым почвами и на 30% - пугово-каштановыми., луговыми,
солонцами и солончаками разной степени гидроморфности.
Схема расположения территории исследования
55
75 80 - -.
Рисунок 3. Схема расположения территории исследования
Каштановые почвы характеризуются значительной пестротой по гранулометрическому
составу: здесь распространены почвы от рыхло-песчаной до среднесуглинистой
разновидности, что является следствием озерно-аллювиального генезиса территории.

Наиболее распространенными из них являются супесчаные и легкосуглинистые почвы,
которые имеют хорошо и равномерно окрашенный гумусовый горизонт с равномерным
уплотнением и глубоким вскипанием. С увеличением содержания физической глины
доля глубоковскипающих почв падает до 20 % за счет увеличения доли обыкновенных.
Содержание гумуса в исследуемых почвах 1-3 %, в зависимости от разновидности.
Гранулометрический состав в значительной мере определяет физические свойства и
водный режим, что в случае незаселенных пород и автоморфности, определяет
химические свойства почвы. Емкость обмена от 7 до 25 мг.экв. на 100 г почвы, в
составе поглощенных оснований доминирует кальций - 75-80 %, магний составляет
20-25 %, а натрий - менее 1 %. Физическиесвойства верхних горизонтов каштановых
почв удовлетворительные. Скважность достигает 48-50 %, максимальная
гигроскопичность 1-5 % при молекулярной влагоемкости 9-12 %, полевая
влагоемкость 16-22 % (Панфилов, 1973).
Изучение флуктуации свойств проводилось нами "'траншейным способом.
Траншеи длиной 6 метров закладывались на каштановой супесчаной почве в
абсолютно выровненных условиях (по литологии, микрорельефу, растительности,
обработке) на различных вариантах использования (целина, пашня, орошаемая
пашня) и вскрывали все генетические горизонты. Образцы отбирались из каждого
горизонта в 20-22-кратной повторное™ (рисунок 4). Химические анализы были
выполнены в стандартизованной лаборатории, где ошибка анализов не превышала
10%. Фактическая дисперсия свойств во много раз превышает ошибки лабораторных
опытов, являясь показателем пространственного варьирования.
Горизонт
А
Е1
В2
ВС
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
*
Рисунок 4. Схема траншейного исследования
Вариабельность почв изучалась по массовым данным сплошных
крупномасштабных почвенных исследований (масштаб 1:25000), проводимых в
различное время, на одной и той же территории, по стандартным методикам:
материалы почвенно-дефляционного обследования 1965 года; почвенной съемки
1975 года; а так же двух почвенно-мелиоративных обследований на орошаемых
массивах в 1982 и 1989 гг. Все полученные результаты лабораторных анализов
послужили основой банка данных. Банк данных представляет собой совокупность баз
данных, в которых хранится информация обо всех почвенных профилях, в различные

11
моменты времени, при различном состоянии почв. Информационные записи
соответствуют отдельным генетическим горизонтам или слоям почвы, а
информационные поля - почвенным свойствам, а именно: содержание гумуса,
содержание фракций гранулометрическогосостава, мощность горизонтов,'содержание
солей, рН и другие. База данных по траншейным исследованиям ' содержит
информацию по 120 почвенным профилям. Базы почвенных данных по 65,' 75 году, а
также по орошаемым почвам в 82 и 89 годах содержат информацию по 1000 профилям
каждая.
Перед проведением статистическогоанализа данные в пределах подтипа почвы
были сгруппированы, основываясь на почвенно-генетических принципах. Анализ
статистических характеристик свойств почвы и их вероятностно-статистических
распределений был проведен в пределах почвенных разновидностей, как наиболее
однородных единиц почвенного покрова. Правильность такой группировки была
подтверждена унимодальностью полученных вероятностно-статистических
распределений свойств.
Важным методическим моментом является способ количественного отражения
вариабельности. Этот вопрос недостаточно изучен, поэтому в своей работе • мы
использовали разные количественные показатели величины варьирования:
стандартное отклонение (или дисперсия), коэффициент вариации, интервал
варьирования (отрезок между минимумом и максимумом), межквартильный размах
{отрезок, отделяющий 50% центральной части выборки). В работе анализировались
следующие показатели: m —среднее значение, s —стандартное отклонение, CV —
коэффициент вариации, А —коэффициент асимметрии, Е —коэффициент эксцесса,
mm - минимум, max - максимум, Q2
s —нижний квартиль, Qn —верхний квартиль, а
также нижний и верхний дециль.
Для исследования статистических распределений в работе использовались
два подхода: во-первых, судили о его форме по таким выборочным характеристикам
как среднее значение, дисперсия,коэффициенты асимметрии и эксцесса, выборочным
квантилям различной дробности. Использование больших выборок давало право
судить о форме вероятностного распределения по этим характеристикам и
уверенность в том, что полученные оценки дают значения близкие к генеральным
значениям.
Второй подход заключался в идентификации вероятностных распределений
(Лемешко, 1995) по фактическим данным, характеризующим вариабельность свойств
почвы в пределах разновидностей (Михеева, Кузьмина, 2000). При этом для
нескольких десятков известных математических функций распределений по
фактическим данным находились оценки параметров максимального правдоподобия.
Робастность оценок параметров обеспечивалась оптимальным группированием
данных. Гипотезы о согласии выборочного и теоретического распределения
проверялись по шести параметрическим и непараметрическим критериям (х
2
Пирсона,
отношения правдоподобия, Колмогорова, Смирнова, критериев ш
г
и П
г
Мизеса). По
совокупности значений статистик этих критериев выбиралось единственное

вероятностное распределение наиболее близко аппроксимирующее фактические
данные, вероятность этого получалась как правило больше 098
В таблице 2 приведены функции плотности вероятностных распределении
наиболее часто определяемых в нашем исследовании где f(x) - функция плотности
вероятностного распределения величины if d, d, f l t)}
параметры которые
характеризуют сдвиг рассеяние и форму распределения (набор параметров у каждого
распределения свои) Сдвиг (аналог среднего значения) характеризует положение
кривой вероятностного распределения на оси абсцисс по которой изменяются
значения признака рассеяние (аналог дисперсии) характеризует степень разброса
значении параметры формы (если они есть) имеют разную интерпретацию в случае
разных распределении например у экспоненциапьных распределении параметр
формы характеризует степень сжатости илирастянутости центра распределения
Проведенное исследование вероятностных распределении свойств почвы в
пределах разновидностей позволило определить функции и параметры
распределении наиболее точно описывающие статистические данные по почвенным
свойствам Это позволяет обоснованно рассматривать эти функции как
вероятностно-статистические модели или статистические эталоны (ВСР
эталоны)свойств почвы
РАЗДЕЛ II ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ КАКФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ СВОЙСТВО ПОЧВЫ
Использование концепции иерархических уровней (Глава 1) позволяет
рассматривать почвенный покров на разных уровнях организации а иерархический
дисперсионный подход [Дмитриев 1978] — рассматривать составляющие
варьирования какусловно независимые Исходя из этого дисперсия свойства почвы
в пределах однородного объекта (ЭПА)на уровне i+1 может Ьыть представлена в виде
суммы дисперсии
(1) ст2
и - <т + О-'Ф + сг2
„ +ег <Ф гае
а , - дисперсия определяемая варьированием вызванным локальной
неоднородностью элементарных почвенных процессов при выровненных факторах
почвообразования образование пор трещин конкреции микрозон в пределах
почвенного профиля и т п Эта дисперсия отражает количественные флуктуации
свойства почвы
СГ*Ф отражает меру варьирования почвенного свойства вследствие
микроколебании факторов почвообразования которые не выводят за рамки
таксономической единицы генетической классификации но в то же время
позволяют выделение контуров по данному свойству в пределах ЭПА в Ьолее
детальном масштабе илипри других классификационных критериях
а
1
о -дисперсия определяемая неоднородностью почвенного свойства вследствие
неоднородности антропогенногофактора На целине это слагаемое равно нулю
а ОФ - определяется неоднородностью почвы вследствие разной "инерционности
отдельных участков почвенного покрова поотношению к антропогенному фактору
Выражение (1) позволило оценить долю составляющих ет и с Ф В суммарной
вариабельности а , чтобудет рассмотрено ниже

13
Таблица 2.
Функции плотности наиболее часто определяемых статистических распределений
Название Функция плотности
Su-Джонсона
" Г 1
вГ'vl".
+1
Семейство
Экспоненциальных
Двойное
показательное
Максимального
Значения
Минимального
Значения•
— ех
3
Нормальное i ,—*}
Ln-нормальное
Lg-нормальное
Вейбулла
Коши
Нэкагами

Вариабельность свойств каштановой почвы в предельно однородных условиях
почвообразования(Глава 3)
Флуктуации свойств почвы в выровненных условиях изучались на основе
траншейного исследования в генетических горизонтах целинной неорошаемой
пахотной и длительно орошаемой каштановой с>песчанои почвы В диссертации
обсуждаются все статистичесхие показатеги этого варьирования в таблице 3
приведены оценки дисперсии
Таблица 3
Дисперсия* флуктуации свойств каштановой супесчаной почвы
горизонт А горизонт В1
Признак | Целина I Пашня I Орошение | Целина | Пашня | Орошение |
2 75
Признак
Мощность горизонта см
Содержание гумуса °»
Содержание ила %
Содержание солеи %
Р Н
ЕКО мг экв на ЮОг
Содержание обменного
Na %
Содержание обменного
Са %
Содержание мелкого
песка %
горизонт В2
Целина
2 11
0 09
1
0 01
0 38
1 47
0 37
5 21
6 11
Пашня
5 88
^ 006
1 2 _j
0 007
0 1 8
0921
• •
0 4Э
Орошение ) Цепина
5 JJ 1 1 66
011 | не опр
1 4
0 022
043
' 3 3
1
0 008
0 73
0 Б 2
2 34 { 0 76
5 85 1 6 | неопр
„. ' SS I 4 09
горизонт
Пашня
133
неопр
2
0 005
0 1
0 95
0 41
неопр
8 52
ВС
Орошение
11 Ь
Не опр
4 2
0 082
0 24
_ 322
1 41
не опр
9 0S
"стандартные отклонения
Из данных (Табл 3) видно что дисперсия флуктуации мощности горизонтов в
целинной почве плавно снижается вниз по профилю В пахотных почвах резко
возрастает дисперсия мощности горизонта В2 а на орошении и горизонта ВС
Следовательно дисперсия флуктуации мощности иллювиальных горизонтов зависит
от способа использования почвы и фактически определяется водным режимом
Дисперсия флуктуации содержания гумуса в горизонте А целинной почвы
максимальна вследствие неравномерности поступления органического вещества В
горизонтах В1 и В2 эта дисперсия значительно меньше В пахотных почвах в горизонте
А пах размер флуктуации гумуса резко сокращается особенно при орошении Это
объясняется механическим перемешиванием и равномерным протачиванием верхних
горизонтов В неорошаемой пахотной гочзе дисперсия флуктуации гумуса вниз го

15
профилю уменьшается, а в орошаемой, наоборот, возрастает, вследствие
внутрипрофильного перемещения гумуса под действием щелочной поливной воды.
Дисперсия содержания солей в горизонтеА пахотной почвы существенно снижаетсяпо
сравнению с целиной, а на орошении резко возрастает. В первом случае - это
результат перемешивания и более равномерного промачивания осадками, во втором
- привноса солей сослабоминерализованной поливной водой.Дисперсии флуктуации
содержания солей резко возрастают в более глубоких горизонтах. Дисперсия
содержания гранулометрических фракций существенно уменьшается вверх по
профилю на всех типах использования, следовательно, почвообразование приводит к
сглаживанию флуктуации гранулометрического состава. В верхнем горизонте
дисперсии содержания фракций почти не зависят от их средних значений, то есть,
проявляется гомогенизирующая роль •почвообразования. Анализ показал, что
флуктуации свойств почвы,. их профильное распределение зависят от условий
почвообразования и способа использования и, по сути, являются генетическим
признаком почвы. В почве подверженной антропогенному воздействию доля
флуктуации почвенных свойств в суммарной вариабельности снижается, а роль
колебаний факторов почвообразования возрастает.
Сопоставление количественных показателей флуктуации и вариабельности
(таблица 4) показывает, чтофлуктуации свойств существенно меньше.
Таблица 4
Сопоставление показателей флуктуации и вариабельности свойств в горизонте А
каштановой супесчаной почвы
Показатель
Мощность
горизонта, см
Содержание
гумуса, %
Содержание ила,
%
РН
ЕКО. мг.эивЛООг
Содерж.обмен.
Са, мг.эке
Содерж.обмен.
Na, мг.экв
Содерж. солей, %
Содерж.физ.
глины.%
Содерж. крупн.
песка,%
Содерж. мелкого
песка.%
Диапазон варьирования
флуктуации
18-28
1,26-1,74
10,8-13.0
6,3-6,9
10,7-11,7
8.6-9,8
0,14-0,22
0.0130.02
13,0-19,4
53.6-65.7
8эриаб-ть
11.0-35.0
0.8-2.61
4,7-13.2
7.7-16.0
6.1-14.2
0,01-0,39
17,0-19,3
15-20
2.0-44.6
37.4-73,2
Коэффициент
вариации, %
11
7
5
2
3
3
12
12
7
10
5
варизб-ть
34
21
15
4
18
20
125
30
8
34
20
Дисперсия
2.49
0.11
0,6
0,13
0,3
0.39
0.02
0.002
0.62
1,69
2.83
вэриэб-ть
6,9
0.31
1.51
0,27
2
1,61
0.1
0.01
1.46
8.22
9.23
F*
7,7
7,9
6.3
44.4
17,0
25.0
25.0
5.5
23,7
10,6
Вклад
дисперсии
36%
35%
40%
48%
15%
24%
20%
20%
42%
21%
3 1 %
"F-критерий Фишера
чем вариабельность, в пределах разновидности почвы. В горизонте А каштановой
супесчаной почвы дисперсия флуктуации составляет 20-40% от дисперсии
вариабельности.
Резюме. Вариабельность свойств почвы внутри элементарных почвенных ареалов на
20-40% определяется локальными флуктуациями элементарных почвенных процессов
и на 60-80% колебаниями факторов почвообразования, что соответствует золотому
сечению.

Вариабельность и вероятностно-статистические модели свойств каштановой и
пугово-каштановои почвы в пределах элементарных почвенных ареалов {Глава
41
Колебания содержания фракции гранулометрического состава один из
факторов определяющий неоднородность вариабельность и флуктуации почвы
Причиной этих колебании является естественная попигенетичность
гранулометрического состава и наличие водных и эоловых фаз в истории развития
территории Одновременное с почвообразованием протекание процессов ветрозои
эрозии {антропогенной и геологической) приводит к сортировке гранулометрических
фракции Колебания в содержании гранулометрических фракции как известно
вызывают различие характеристик алагоудерживания и влагопроводности кг
следовательно водного режима что влечет за собой колебания других почвенных
свойств Придавая особое значение структуре гранулометрического состава были
исследованы соотношения всех фракции во всех разновидностях каштановои почвы
При этом оказалось что все разновидности имеют устойчивую одинаковую кривую
соотношения фракции что дает основание считать это соотношение формулой
гранулометрического состава (рисунокб)
60
50
4 0
30
20
10
0
I

1
11
t
[
1
-*-
ип пыль пыль пь ль
мелкая средний крупная
песок песок
мелкий крупиь и
Разновиднсн/п(
дрыхло песч^н<зя
— связно песчанэя
легко супесчаная
гяиселосупесчаная
1егкосуглинистэя
средне^углиниотая
Гранулометрические фракции(по Кзчинскому)
Рисунок 5 Средние Значениясодержания фракциив разновидностях каштановых почв °о
(формула гранулометрического состава)
Кривая имеет четко выраженный для всех разновидностей минимум — содержание
средней пыли и максимум —содержание мелкого песка Хотя соотношение фракции
гранулометрического состава однотипно во всех разновидностях но в то же время
содержание всех фракции существенно и неодинаково варьирует в пределах
разновидностей {Михеева Кузьмина 2000) В большей степени варьируют крупные
фракции что связано с аллювиальным происхождением почвообразующихпород и

17
дефляционными периодами 8 генезисе каштановых почв. В работе изучались
•статистические характеристики содержания гранулометрических фракций во всех
. разновидностях каштановых почв, в таблице 5 они представлены на примере
каштановой тяжело-супесчаной почвы.
Таблица 5 .'
Статистические характеристики содержания гранулометрических фракций
м
S
cv.%
Mil)
Max
Max-min
Q «
O75-42S
A
E
run BCP
M
s
CV.%
Min
max
Max-min
С-и
Qrs
Q7S-Q25
A
E
Гил BCP
M
S
Min
max-
илистая
фракция
7,89
1,51
15
аз
17,05
13,85
6,95
8,73
1,78
0.68*
2,74* .
10,68
2,93
27
1.2
26,65
25.45
8,77
12,48
3,71
0.6*
1.59"
9,68
2,46
1,74
17,16
мелкая
пыль
5.85
1,49
25
1,04
13.7
12.66
5
6,78
1,78
0,01
_.tJ57t-
Su-Джонсона
' . -
5,86
1,67
29
1,19
15,2
14,01
4,82
6,78
1,96
0,67*
2,8*
Зи-Джонсона
3,61 -
1,73
0.28
9.19
средняя
пыль
3,69
1.46
40
0,1
14.12
14,02
2.8
4,32
1.52
.1.62*
. 6.79*..
3,65
1.5
41
0,16
10,8
10,64
2,75
4,37
1.62
1.3*
3.5*
физ. глина крупная
ПЫЛЬ
мелкий
песок
горизонт А (п=685)
17,39
1,46
8
15
20-
5
.16,1.
18,7
2,6
0,12
. -1,24*
9,26 '46,74
. 3.75 9.23
41 . 20
0,16' 9,4
42,6 ' 72,71
42,44 63,31
7,27 41
10,69 53,16
3,42 12,16
3,1* -0.54*
22,4*. . 0.63*
Su-Джонсона значения
Горизонгд В1 (п~Б85)
20.2
3,62
18
11.6
38.15
26,55
17,5
22,3
4.8
0.7'
1,2*
9.61 - 45.14
3,44- 8,58
36 19
0.95
;
9,5
47,5 71
• 45.55 61,5
7,53 39,08
11.15 51,3
3.62 12.22
2.71* -0.29*
24* -0,1
Su-Джонсока значения
горизонте(слой100-150см) п=109
1,44
, 0,98. .
0,07
5,22
4,73 61.84
2.72 8,26
0,28 14,93
13,48 76.51
крупный
песок
24,11
8.22
• . 34 i
5.5
62,18
56.68
18.22
28.72
10.5
. 0,77*
1,12*
Su-
Джонсона
23.18
•7,36
32
5.9
51.9
46
17,6
27.9
10,3
0.41*
0.25
Вейбулла
.18,53
9,31
4,64
6S
Примечание. Заездочкой здесь и далее в таблицах обозначены статистически значимые
коэффициенты асимметрии и эксцесса - : • • .
. < Особенностью вероятностно-статистических распределений (ВСР) содержания
гранулометрических. фракций .является узкая центральная часть, что вызывает
статистически значимый.коэффициент эксцесса, а также наличие асимметрии. Тип
распределения содержания илистых и пылеватыу.фракций, в основном, Su-Джонсона,
мелкого песка -.распределение минимального значения,.а крупного — Вейбулла.
Характерная черта, почвообразования в засушливых степях - расчленение профиля
по содержанию -ила;
-отражается различием ВСР .содержания...илистой фракции в

горизонтах А и В1 как по сдвигу так и по рассеянию (Рис 6) В то же время ВСР
содержания пылеватых частиц в этих горизонтах очень близки Исследование ВСР
содержания фракций песка показывает что на них оказывают влияние дефляционные
процессы для мелкого песка это отражается сдвигом для крупного - изменением
типа распределения
"2=
^—
но
о
е*
ос
о
Q
0)
О
Л
f-
О
о
^
о
ё
о
о
о
а
о
о
О
о
эв
3 4
З О
£ 3
ЖХ
13
ов
X
Содержание Фоакцщ». % [
Рисунок б Вероятностно-статистические распределения содержания гранулометрических
фракции в горизонтах А и В1 каштановой тяжело супесчаной почвы (тип и параметры
распределении здесьидалее-смотривдиссертации Табл 424)
На рисунке 7 видно что вероятностно статистические распределения
гранулометрических фракции в каштановых почвах одной разновидности а двух
соседних геоморфологических районах отличающихся по абсолютным отметкам и
геологическому возрасту (Q,2
(IV) и Ог
^(И0 - Варламов и др 1975) довольно
существенно различаются хотя по средним значениям различие невелико
Отмеченный сдвиг между распределениями содержания мелкого и крупного песка в
этих двух районах по-видимому связан с более быстрым и ранним обсыханием
южной, более повышенной части территории Центр ВСР содержания мелкого песка в
почвах пониженной части территории имеет пикообразную форму что связано с

19
аккумуляцией частиц этой фракции, при этом выделяется «ядро» значений признака,
очень близких к среднему.
л.. /у | ь-п- ч..ч
1*.25 27.за 36.3 43.62 54.7S t3.se 73
I Содержание Фракции, % |
Рисунок 7. Вероятностно-статистические распределения содержания фракций физического
песка в горизонтеА каштановой супесчаной почвы двух соседних геоморфологических районов
В каштановой и лугово-каштановой почве одной разновидности (Рис. 8) ВСР
содержания фанулометрических фракций так же существенно различаются, причиной
этого является аккумуляция частиц в нижней части склонов, то есть в лугово-
каштановых почвах.
В
О
Г
I
«
А
о
оы
о
D.3O "
О.ЛВ
о.га -
О. 19 '
о. is -
О.It -
О.ОЗ -
I
! i
^ _ -J
Ц Каштановая
j у/
, —Ц JlvroBo-каштановая |
f !
: *7
у' • ^
Содеожание илистой фоакиии, %
V.9 1О XZ.9 IS 17. S SO
Рисунок 8. Вероятностно-статистические распределения содержания илистой фракции в
горизонте А каштановой и лугово-каштановой почвы легкосуглинистойразновидности.

20
Резюме. Вероятностно-статистические распределения содержания частиц
гранулометрических фракций определяются процессами литогенеза,
почвообразования и дефляции и адекватно отражают суммарный результат этих
процессов. Близкие между собой почвы различаются не, столько средними значениями
или интервалом варьирования, а сколько вероятностно-статистическим
распределением, поэтому сравнение ВСР является более тонким методом оценки
Содержание гумуса
Функциональная зависимость между содержанием гумуса и фракциями
физической глины вызывает необходимость сравнивать и оценивать изменения почв
под влиянием антропогенных и естественных процессов для отдельных
разновидностей. На рисунке 9 приведена зависимость содержания гумуса и его
варьирования от разновидности в каштановых почвах, которая еще сильнее выражена
в лугово-каштановых почвах.
Рисунок 9. Среднее значение и стандартное отклонение
содержания гумуса в разновидностях каштановых почв
dp . 3.5 -
••' I. Лугово-каштановая I ^
Уравнение линейной регрессии - содержания гумуса и' физической глины для
исследованных почв: (содержание гумуса, %) = 0.49* 0,06 (содержание физической
глины,%). Ранговый коэффициент корреляции поСпирману равен 0,74. Коэффициент
корреляции, вычисляемый как корреляционный момент, равен 0,67. Эти различия, а
также не очень высокие значения коэффициента корреляции, между физически тесно
связанными величинами, объясняются тем, что их вероятностно-статистические
распределения отличаются от нормального и при утяжелении гранулометрического
состава зависимость отклоняется от линейной. Поэтому, в общем случае,
предпочтительно вычисление показателей связи, не зависящих от типа
распределения, напримерконкоров.

Из таолицы 6 видно что более легким разновидностям почв характерно не
только меньшее содержание гумуса но и меньший его разброс Более сильная
аэрация в легких почвах по-видимому обуславливает быструю минерализацию
органических остатков и играет выравнивающую роль В суглинистых разновидностях
интервал варьирования и межквартильныи размах расширяются дисперсия а
следовательно количественное разнообразие увеличивается но коэффициент
вариации не отражает этой закономерности в силу пропорционального роста среднего
значения и дисперсии В этом случае ВСР будет более информативно
Таблица б
Сгатистическ/е характеристики содержания гумуса в разновидностях каштановых почв
!
п
ь
cv°d
mm
max
Max mm
Q ,
О 5
A
e
т„п «CP
M
s
C V ' ,
M n
Max
Max m n
Q,5
Q 5
A
E
| ТиПВСР
Песок
рь хль.и
42
0 77
0 22
29
0 36
t 35
0 99
0 62
Э«2
0 3
0 (6
0 7
Песок
Связный
363
0 87
0 23
25
0 3
1 82
152
0 72
1 01
0 2S
О73*
! 2*
0 /1
0 25
35
0 27
4 •"**%
0 95
0 56
CEo
03
0 3 1
0 35
0 81
0 26
32
0 1
2Ь5
2 Ь5
0 65
0 91
0 2S
1 92-
8 5*
Супесь
пе
г
кая
710
124
0 29
23
0 4
2 81
2 4 1
104
138
0 34
1 2*
3 4 *
-ор зонт В1
0 99
0 2S
23
0 4 1
2 83
2 42
0 8 1
1 1
0 29
186*
Ь52'
Супесь
тяжелая
685
1 51
0 31
21
0 54
2 91
2 3 '
1 33
1 67
0 3 4
0 43*
14S*
1 11
0 29
26
0 45
2 75
2 3
0 9
1 27
0 37
0 93*
2 02*
Максимального значения
Легкий
суглинок
486
1 89
0 46
24
102
4 52
3 5
1 6
2 11
0 51
1 15*
3 9*
Средний
Суглинок
42
2 65
0 71
27
1 33
4 93
3 S
2 21
2 8 3
0 62
1
1 8
Su Джонсона
1 3
0 4 1
32
0 1
2 99
2 91
1
1 59
0 59
0 56*
05
t 85
О б
32
1 14
3 33
2 19
1 39
2 13
0 74
1
0 27
Накагами
Вероятностно статистические распределения содержания гумуса различаются
в генетических горизонтах как по сдвигу рассеянию так и по типу распределения
(рис 10) ВСР характеризуются узким центром и асимметрией (двойное
гоказатепьное Su Джонсона) за исключением тяжело-супесчаной разновидности
(двойное экспоненциальное) в которой отсутствие асимметрии распределения
свидетегъствует о пространственной уравновешенности аккумулятивных и
элювиальных процессов В разновидностях ВСР содержания гумуса существенно
перекрываются особенно в горизонте В1 где количественные различия
определяются небольшим сдвигом и увеличением разброса при одном типе

распределения. В среднесуглинистой разновидности ВСР сдвинуто относительно
других сильнее и в горизонте В1 отличается очень широким центром распределения.
I Горизонт А . I
; нцА—L—ffi^
dP/dx. 4
3.S9
Содержание гумуса,
—j Горизо
•Ц рыхло-песчаная I I ]
| Содержание гумуса, i [
Рисунок 10. Вероятностно-статистические распределения содержания гумуса в
разновидностях каштановых почв
Небольшие различия климатических показателей в Успенском иЩербактинском
районах (между ними 80-100 км с севера на юг) закономерно отражаются на
вероятностно-статистических распределениях содержания гумуса (Рисунок 11). В
более южном районе уменьшается вероятность повышенных значений содержания
гумуса, а пониженных — возрастает, при этом правая ветвь распределения несколько
сдвигается влево, за счет чего сужается его центр. Доказать такие небольшие, но
достоверные различия основываясь на отдельных значениях, или интервалах
варьирования сложно, тогда как сравнение статистических распределений в целом
дает закономерную и наглядную картину различий.

с
X
и:
*.
Л
Л
1
t
1
1
1
о
а
о
82
6 4
4 6
2 7
О*
91
7 3
18
] Сод°ргзние г/Муса. % |
Рисунок И Сравнение вероятностно-статистических распределении содержания гумуса в
горизонте А каштановой тяжело-супесчаной лочзы в двух районах (Успенский севернее на 80
100км)
Сопоставление ВСР содержания гумуса в каштановой и лугово-каштановои почве (Рис
12) показывает что с повышением увлажнения оно становится ближе к
симметричному с дозольно широким центром В горизонте А каштановой почвы
распределение идентифицируется как Su Джонсона а в лугово-каштановои, как 1п-
нормальное При небольшом сдвиге интервала варьирования увеличивается
рассеяние и изменяется форма ВСР - имеет место "волна" вероятностей Контрастное
различие ВСР содержания гумуса в горизонте В1 связано с большей контрастностью
профиля лугово каштановом почвы по содержанию ила
с;
э
2
2
2
1
X
1
О
о
п
O S
Т 2
4 2
1 2
8 1
5 1
21
эо
6 D
ЭО
Содержание
Рисунок 12 Сравнение вероятиостно-статистичесчих распределении содержания
гумуса в каштановой илугово-каштановои леггосуглинисгои почве

24
Асимметрия и эксцесс ВСР содержания гумуса в почвах степной зоны вызваны
тем, что само это содержание невелико и близко к своему нижнему пределу. При
нарастании содержания гумуса в связи с утяжелением гранулометрического состава,
усиления гидроморфюма, а также в зональном аспекте, происходит не только сдвиг
распределения, но и увеличение дисперсии при изменении асимметрии и эксцесса,то
есть проявляется "волна" вероятностно-статистического распределения (рис13).
Рис.13 Волна вероятностно-статистического распределения содержания гумуса (1-6 названия
почвы, тип и параметры распределения в таблице 7)
Таблица 7.
Статистические распределения содержания гумуса
1
2
3
4
5
6
Почва
Каштановая супесчаная
Каштановая легкосуглинистэя
Лугово-каштановая
легхосуглинистая
Чернозем* выщелоченный
среднесуглинистый (полочная
степь)
Чернозем выщелоченный
среднесугпинистый (лесостепь)
Чернозем оподзоленный
среднесуглинистый (лесостепь)
Тип распределения
Su-Джонсона
Максимального значения
Ln-нормальное
Нормальное
Нормальное
Минимального значения
Параметры
0О
=-V07 0, = 2,39
07
- 0,57 в у=1,27
00=0,38 0, = 1,83
в„-0.9 0,=О.21
0О
= 5,11 0,=1,25
0О
=5,95 #|=2,3
#„=6,81 0х
=1,6
•Статистические параметры содержаниягумусавчерноземах поЛ.МЬурлаковой, 1984
Вероятностно-статистические распределения мощности гумусового горизонта
каштановых почв, как видно из рисунка 14 а, отличаются в разновидностях,-, что

443.вероятностно статистические модели свойств почвы (на примере каштановых почв кулундинской степи)

443.вероятностно статистические модели свойств почвы (на примере каштановых почв кулундинской степи)

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

En vedette

En vedette (10)

Similaire à 443.вероятностно статистические модели свойств почвы (на примере каштановых почв кулундинской степи)

Similaire à 443.вероятностно статистические модели свойств почвы (на примере каштановых почв кулундинской степи) (20)

Plus de Иван Иванов

Plus de Иван Иванов (20)

443.вероятностно статистические модели свойств почвы (на примере каштановых почв кулундинской степи)