Взаимосвязь между зависимыми явлениями может быть правильно оценена только с помощью расчета коэффициентов корреляции и регрессии.
Этот метод широко используется при изучении закономерностей распределения микроэлементов. Однако корреляционных связей в почвах и их причинная интерпретация представляют большую сложность и в настоящее время недостаточно разработаны.
Количественная мера зависимости между содержанием микроэлементов и агрохимическими свойствами почв может быть выражена посредством построения эмпирических линий регрессии и расчета уравнений регрессии. По усредненным величинам содержания микроэлементов и количественным значениям отдельных агрохимических показателей построены эмпирические линии регрессии, общий ход которых свидетельствует о близкой к прямолинейной зависимости между данными величинами.
Обобщение результатов собственных исследований и литературных данных свидетельствует прежде всего о сложности изучаемых процессов поведения подвижности форм микроэлементов в почвах. Содержание последних в почвах — это интегрирующий результат влияния ряда факторов и условий, которые в различных почвах складываются по особому и приводят к получению различных по значению корреляционных связей. Поэтому большой теоретический интерес и практическое значение имеет установление того, какие же факторы почвенной среды (гранулометрический состав, содержание гумуса, реакция среды и т. д.) влияют на поведение микроэлементов в почвах, какие из них являются ведущими, основными. Нахождение этих основных факторов позволяет построить более информативные и полные вариационно-статистические модели почвенных зависимостей для каждого отдельного микроэлемента.
Бор. Полученный нами экспериментальный материал показал наличие достоверной положительной зависимости между содержанием водорастворимого бора и гранулометрическим составом, количеством гумуса и величиной pH, а также между элементом и тесно связанными с pH показателями среды, прежде всего, с суммой поглощенных оснований и степенью насыщенности основаниями. Подобная закономерность нарушается в торфяных почвах, отличающихся спецификой водного режима, окислительно-восстановительных условий и другими особенностями. В данных почвах связь между бором и обменной кислотностью, а также суммой поглощенных оснований обратная средней степени тесноты.
Отдельные агрохимические факторы оказывают неодинаковое действие на направление и степень тесноты корреляционных связей водорастворимого бора со свойствами разных типов почв. В дерново-подзолистых почвах корреляция существенная между элементом и суммой поглощенных оснований. Поэтому при построении вероятностно-статистических моделей, отражающих разнообразные взаимосвязи почвенных характеристик с реакцией среды, целесообразно использовать данный показатель, как наиболее существенно отражающий зависимость содержания бора от почвенной кислотности.
В дерновых почвах связь существенна между водорастворимым бором и суммой поглощенных оснований, гранулометрическим составом, гумусом и обменной кислотностью. Здесь при построении вариационно-статистических моделей вполне достаточно использовать один из этих показателей.
В аллювиальных почвах корреляция средней степени тесноты имеет место между бором и pH, а в торфяных — между элементом и как обменной, так и гидролитической кислотностью, причем в последних связь с обменной кислотностью обратная.
Общей закономерностью поведения водорастворимого бора в разных типах почв является его наиболее существенная корреляция с содержанием физической глины (r=0,58) и гумуса (r=0,53), а также с гидролитической кислотностью и степенью насыщенности основаниями. Данный вывод подтверждается уравнением множественной регресии для данного элемента. При этом коэффициент множественной регрессии сравнительно высок (R=0,67) при Рфакт=42,3, что свидетельствует о правомерности приведенного уравнения. Оно является универсальным и может быть принято в качестве модели, определяющей уровень содержания микроэлемента в разных типах почв, различающихся по своим свойствам.
Медь. Переменная валентность меди (Cu+1 и Cu +2) определяет большое влияние окислительно-восстановительных условий на ее миграцию. С другой стороны, способность меди как d-элемента к комплексообразованию обусловливает возможность образования комплексных соединений микроэлемента с органическими и минеральными веществами почвы. Это усиливает влияние гранулометрического состава и содержания гумуса на концентрацию и подвижность меди в почвах. Доступность меди растениям и ее подвижность в значительной мере определяются также реакцией среды.
Направление и степень тесноты связей микроэлемента с отдельными агрохимическими показателями в изучаемых почвах неодинаковые и определяются специфическими особенностями каждого почвенного типа. Так, в дерново-подзолистых почвах слабая отрицательная корреляция имеет место между гидролитической кислотностью и подвижной медью, а в дерновых, аллювиальных и торфяных — между обменной кислотностью и содержанием микроэлемента. Кроме того, в аллювиальных почвах медь отрицательно коррелирует со степенью насыщенности основаниями, а в осушаемых торфяных — суммой обменных оснований и степенью насыщенности основаниями.
В дерново-подзолистых почвах существенна связь между концентрацией меди и агрохимическими показателями — гранулометрическим составом, обменной кислотностью, суммой поглощенных оснований и степенью насыщенности основаниями, — выражающаяся в положительной корреляции средней степени тесноты. Более слабая связь в данных почвах проявляется между содержанием микроэлемента и количеством гумуса.
В более высокогумусированных дерновых почвах тесная положительная корреляция проявляется между количеством меди и содержанием гумуса, а также физической глины. Это свидетельствует о высокой биогенной активности элемента в условиях развития дернового процесса. Подобная закономерность для меди в данных почвах проявляется также в зависимости от гидролитической кислотности и суммы поглощенных оснований, что подчеркивает значительное влияние реакции среды на содержание и подвижность микроэлемента.
В аллювиальных почвах корреляционная связь между содержанием подвижной меди и гранулометрическим составом, а также гидролитической кислотностью положительная средней степени тесноты. С остальными агрохимическими показателями рассматриваемых почв медь коррелирует менее существенно. Не получена достоверная устойчивая корреляция между микроэлементом и агрохимическими свойствами осушаемых торфяных почв, что, во-видимому, связано со спецификой формирования последних, преимущественно восстановленными условиями окислительно-восстановительного режима, слабой подвижностью меди и малым ее запасом в пахотном слое.
В целом в почвах области корреляционная связь подвижных форм меди существенна лишь с содержанием физической глины (r=0,71), гумуса (r=0,62) и суммой обменных оснований (r=0,54).
Марганец. Марганец является элементом, характеризующимся высокой подвижностью (около 30%) и вариабельностью. Динамичность элемента определяется типом почвы, характером окислительно-восстановительных условий, реакцией среды, окультуренностью почв и другими признаками. Поэтому действие отдельных агрохимических факторов на концентрацию и подвижность марганца в разных типах почв специфично.
Общей закономерностью для всех рассматриваемых типов почв является наличие тесной положительной корреляции содержания марганца и физической глины (r=0,60), а также средней степени тесноты — с гумусом и суммой обменных оснований. Связь элемента с величиной гидролитической кислотности обратная слабая. Характеристика уравнения множественной регрессии подтверждает сделанный ранее вывод о преимущественном влиянии на содержание подвижного марганца в почвах их гранулометрического состава.
В дерново-подзолистых почвах не удалось установить достоверную корреляционную связь между содержанием марганца и агрохимическими параметрами, за исключением гранулометрического состава. Анализ регрессии элемента свидетельствует о том, что на концентрацию и подвижность его в данных почвах оказывает также заметное влияние изменение содержания гумуса, обменной и гидролитической кислотности.
В дерновых и аллювиальных почвах существенная положительная корреляция марганца средней степени тесноты имеет место с обменной кислотностью, суммой обменных оснований, степенью насыщенности основаниями и гранулометрическим составом. Однако, согласно уравнению регрессии, превалирующее действие оказывает обменная кислотность. Поэтому при построении вариационно-статистических моделей зависимости содержания марганца от реакции среды целесообразно использовать статистические параметры изменения pH.
Для осушаемых торфяных почв характерно наличие обратной корреляционной связи, близкой к средней степени тесноты между микроэлементом и величинами гидролитической кислотности, а также суммы поглощенных оснований. Связь концентрации элемента с другими агрохимическими показателями менее достоверна и неустойчива.
Молибден. Молибден в почвах содержится преимущественно в форме аниона МоO4-2, который может присутствовать в составе первичных и вторичных минералов, глинистых и коллоидных окислов железа и алюминия, в соединении с органическим веществом и в незначительном количестве в водорастворимой форме в почвенном растворе. С насыщением перегнойных кислот кальцием и минерализацией коллоидов растворимость микроэлемента в почвах возрастает. С другой стороны, молибден может образовывать с кальцием и тяжелыми металлами труднорастворимые молибдаты, что приводит к снижению подвижности элемента. На концентрацию и подвижность молибдена в почвах оказывает влияние комплекс факторов, главными из которых являются содержание гумуса, реакция среды и насыщенность основаниями. Степень влияния и направление корреляционных связей между содержанием молибдена и агрохимическими показателями почв неодинаковая. Слабая и неустойчивая зависимость между концентрацией элемента и гранулометрическим составом почв, более тесная — с содержанием гумуса и реакцией среды. Действие отдельных агрохимических факторов на содержание и подвижность молибдена определяется специфическими условиями почвообразования различных почвенных типов.
В дерново-подзолистых и дерновых почвах связь между элементом и количеством гумуса обратная тесная. Увеличение количества органического вещества в аллювиальных и торфяных почвах изменяет направление данной связи, которая становится положительной средней степени тесноты. Неоднозначно направление корреляционной связи между содержанием подвижного молибдена и разными видами кислотности почв. В минеральных почвенных разновидностях она отрицательная в отношении обменной кислотности, а в торфяных — гидролитической. Общей закономерностью для всех основных типов почв является наличие отрицательной связи разной степени тесноты между количеством элемента и степенью насыщенности основаниями. Слабо коррелирует содержание элемента в данных почвах с механическим составом и гидролитической кислотностью. Близкая к средней степени тесноты связь элемента с гумусом и суммой обменных оснований.
Величины уровня изменения молибдена в почвах в зависимости от отдельных агрохимических показателей изменяются в сравнительно небольших пределах (в среднем от 0,044 до 0,063 мг/кг). В связи с этим в целом по почвам области не получено устойчивой зависимости содержания микроэлемента от свойств почв, т. е. эта зависимость слабая (R=0,26). Поэтому привести уравнение множественной регрессии для данного микроэлемента не представляется возможным.
Кобальт. Важнейшим фактором, влияющим на содержание подвижного кобальта, является гранулометрический состав почв. Как отмечено в работе Дубиковского Г. П. (1973), определяющим фактором накопления кобальта в дерново-подзолистых почвах является содержание физической глины и в меньшей степени количество гумуса и реакция среды. Другие авторы наблюдали довольно тесную связь между содержанием гумуса, реакцией среды и изменением концентрации подвижного кобальта. Многообразие природных условий, влияющих на миграцию микроэлемента в почвах, находит свое проявление в противоречивости выводов, получаемых разными авторами. Совершенствование методов исследования, и особенно методов искусственного моделирования почвенных условий, позволяет получить более строгие закономерности поведения элемента в зависимости от различных факторов, в том числе и от агрохимических показателей.
Наши исследования показали разнообразие форм, направлений и закономерностей связей между концентрацией кобальта и агрохимическими свойствами почв. Общей закономерностью для минеральных разновидностей почв является наличие положительной корреляции разной степени тесноты между содержанием кобальта и гранулометрическим составом, количеством гумуса, суммой обменных оснований и степенью насыщенности основаниями. Общая закономерность нарушается в направлении связи между элементом и разными формами почвенной кислотности — в дерново-подзолистых и аллювиальных почвах она отрицательная относительно гидролитической кислотности, а в дерновых — обменной.
В осушаемых торфяных почвах подвижный кобальт положительно коррелирует с содержанием органического вещества, гидролитической кислотностью и отрицательно — с обменной кислотностью, суммой обменных оснований и степенью насыщенности основаниями.
Характерным для дерново-подзолистых и дерновых почв является существование положительной корреляционной связи средней степени тесноты между содержанием кобальта и гранулометрическим составом. Менее существенная связь наблюдается в аллювиальных почвах.
В дерновых почвах, в связи с их более высокой гумусированностью, проявляется тесная положительная связь между количеством гумуса и микроэлемента, что менее существенно выражено в других типах почв.
Данные регрессионного анализа показывают, что на содержание подвижного кобальта в почвах в целом наиболее существенное влияние оказывает гранулометрический состав, что подтверждается уравнением множественной регрессии.
Цинк. Цинк относится к элементам с весьма низкой подвижностью. Амфотерный характер элемента и способность к энергичному поглощению его почвенными коллоидами как в катионной (Zn[Zn(NH3)4]+2), так и анионной ([Zn(OH)4] 2) форме способствуют закреплению элемента в почве и снижению доступности растениям. С другой стороны, способность цинка связываться с гумусовыми веществами (гуминовыми и фульвокислотами) с образованием малоподвижных соединений, также обусловливает дефицит элемента в почвах.
Содержание и подвижность цинка определяется реакцией среды, количеством гумуса и гранулометрическим составом почв.
Однако специфические условия формирования и развития разных типов почв и особенности их химического и минералогического состава и свойств оказывают своеобразное действие на подвижность и концентрацию элемента.
Общей закономерностью в минеральных почвах является существование положительной корреляционной связи разной степени тесноты между содержанием подвижного цинка и гранулометрическим составом. Цинк в изучаемых почвах положительно коррелирует также с количеством гумуса и степенью насыщенности основаниями. Более сложно определить содержание микроэлемента в зависимости от реакции среды и суммы поглощенных оснований. Так, в дерново-подзолистых и аллювиальных почвах цинк положительно коррелирует с обменной кислотностью, а в дерновых и торфяных эта связь обратная.
В дерново-подзолистых и осушаемых торфяных почвах корреляционная связь цинка существенная лишь с суммой обменных оснований, причем в минеральных разновидностях почв она прямая, а в органогенных почвах обратная. Близкая к средней степени тесноты обратная корреляция имеет место между концентрацией элемента и обменной кислотностью торфяных почв.
Наиболее существенное влияние гранулометрического состава, содержания гумуса, а также гидролитической кислотности и суммы обменных оснований на количество подвижного цинка проявляется в дерновых почвах.
В аллювиальных почвах цинк существенно коррелирует лишь с содержанием физической глины, что определяется особенностями минералогического состава аллювиальных отложений, оказывающих существенное влияние на формирование данных почв.
Обобщение материала по влиянию агрохимических свойств почв на содержание и подвижность микроэлементов позволило составить многофакторные математические и графические модели, позволяющие в целом оценивать взаимосвязь процессов и явлений, участвующих в трансформации и миграции элементов. Представленные уравнения множественной регрессии расширяют и углубляют наши знания о количественных закономерностях изменения микроэлементного состава под влиянием различных факторов.
В дерново-подзолистых почвах доминирующее влияние на распределение подвижности форм микроэлементов в пахотном слое оказывают сумма обменных оснований и степень насыщенности основаниями, а содержание марганца, бора, меди и молибдена в значительной степени связано с количеством гумуса. В меньшей степени на трансформацию микроэлементов в данных почвах оказывает гидролитическая кислотность.
Подобные закономерности связи микроэлементного состава дерново-подзолистых почв с их агрохимическими свойствами объясняются особенностями их формирования и развития. Эти почвы отличаются от своих аналогов на территории Европейской части СНГ менее выраженным процессом подзолообразования.
Одной из специфических особенностей дерново-подзолистых почв области является в ряде случаев их сравнительно высокая вторичная насыщенность основаниями, что и определяет превалирующее действие на миграцию и распределение химических элементов таких агрохимических показателей, как сумма обменных оснований и степень насыщенности основаниями.
Как отмечалось ранее, в Калининградской области дерново-подзолистые почвы отличаются хорошей окультуренностью и сравнительно высоким содержанием гумуса, что и определяет значительное действие данного ингредиента на содержание и подвижность ряда микроэлементов в рассматриваемых почвах.
Развитие дернового процесса, усиливающееся бурным ростом травянистой растительности в условиях теплого влажного климата, определяет специфические особенности формирования дерновых глеевых и глееватых почв. Эти почвы характеризуются повышенным содержанием гумуса, оказывающего доминирующее влияние данного агрохимического показателя на трасформацию и миграцию микроэлементов. Существенное влияние на концентрацию химических элементов здесь оказывает также сумма обменных оснований, а подвижность ряда микроэлементов связана с обменной кислотностью. В дерновых почвах большое влияние на содержание и подвижность микроэлементов оказывает гранулометрический состав.
Специфические особенности формирования аллювиальных почв обусловили своеобразие закономерностей связи между их микроэлементным составом и агрохимическими свойствами. Эти почвы характеризуются яркой выраженностью аллювиальных процессов, проявляющихся в слоистом строении их профилей, представленных прослойками разного гранулометрического состава.
Основными критериями, определяющими особенности трансформации микроэлементов в этих почвах, являются гранулометрический состав, степень насыщенности основаниями и реакция почвенной среды. Меньшее действие оказывает содержание гумуса и сумма поглощенных оснований.
В осушаемых торфяных почвах трансформация и миграция микроэлементов определяются окислительно-восстановительными условиями и реакцией среды. В данных почвах доминирующее действие на формирование микроэлементного состава оказывают обменная, гидролитическая кислотность и сумма обменных оснований.
Специфические особенности формирования и развития разных типов почв обусловили не только различный уровень содержания микроэлементов, но и разнообразие форм и закономерностей связи между их химическим составом и агрохимическими свойствами. Многофакторное моделирование позволяет более глубоко вскрыть и понять сложную мозаику этих процессов взаимосвязи с целью прогнозирования и управления условиями корневого питания растений.