The importance of relief for explaining the diversity of the floodplain and terrace soil cover in the Dnipro River valley: The case of the protected area within the Dnipro-Orylskiy Nature Reserve

Abstract

Floodplains are centers of species diversity, so floodplain habitats often contain protected areas. However, conservation strategies pay little attention to soils, on which the functional stability of both individual ecosystems and landscape chains as a whole depends. Soil morphology provides structural and functional information about floodplain ecosystems. The spatial and temporal heterogeneity of soil morphology is a cost-effective ecological indicator that can be easily integrated into rapid assessment protocols for floodplain and riverine ecosystem restoration projects. Therefore, the aim of our work was to consider the morphological features of soils of the Dnipro-Orylskiy Nature Reserve and assess the role of soil diversity as a factor of structural and functional sustainability of ecosystems of the protected area, as well as to identify the significance of geomorphological predictors for differentiation of soil types to create a soil map of the territory. The World Reference Base for Soil Resources reference soil groups were classified using geomorphological predictors. Soil types were able to explain 90% of the variation in elevation occupied by soils. Arenosols occupied a statistically significantly higher position in topography than other soil types. In turn, Eutric Arenosols occupied a higher position (68.91 ± 0.48 m) than Eutric Lamellic Arenosols (63.32± 0.54 m). Other soils occupied positions in the topography that were not statistically significantly different in height. Soil types were able to explain 38% of the variation in elevation that the soils occupied. The highest Topography Wetness Index values were found for Fluvisols (12.73±0.23) and Solonetz (13.06 ± 0.28 m). Differences between these soils were not statistically significant. Topography Wetness Index was slightly lower for Cambisols (11.80 ± 0.21) and Eutric Lamellic Arenosols (12.21 ± 0.28), which also did not differ on this measure. The lowest Topography Wetness Index value was found for Gleysols (11.15 ± 0.17) and Eutric Arenosols (10.95 ± 0.24), which did not differ from each other on this index. Eutric Arenosols and Eutric Lamellic Arenosols are formed at great depths of the water table (7.89 ± 0.50 and 2.62 ± 0.46 m, respectively). Gleysol and Solonetz form at close groundwater level to the surface (0.28 ± 0.27 and 0.21 ± 0.46 m, respectively) compared to Fluvisol and Cambisol (0.46 ± 0.38 and 0.41 ± 0.35 m, respectively). Elevation was the most informatively valuable predictor, but Topography Wetness Index and Vertical Distance to Channel Network significantly improved discrimination. Arenosols were very different from other soils which occupy an automorphic position. Cambisols occupied a transitional position. Other soils occupied hydromorphic positions. Fluvisols and Solonetz occupied wetter positions, while Gleysol occupied less wet positions. Fluvisols and Solonetz differed in the groundwater table. Solonetz predominantly occurred at close groundwater levels. The classification matrix confirmed the possibility of using geomorphological predictors to build a model of spatial variation of soils in the study area. The spatial model demonstrates the organization of the soil cover of the reserve. Calculations showed that Cambiosols occupy 20.7% of the area, Eutric Arenosols occupy 16.0%, Eutric Lamellic Arenosols occupy 17.9%, Fluvisols occupy 15.2%, Gleysols occupy 28.7%, and Solonetz occupy 1.5%. Заплави є центрами видового різноманіття, тому заплавні місця існування часто містять охоронні території. Проте в природоохоронних стратегіях мало уваги приділяється ґрунтам, від яких залежить функціональна стабільність як окремих екосистем, так і ландшафтних ланцюгів у цілому. Морфологія ґрунту надає структурну та функціональну інформацію про екосистеми заплави. Просторова та часова неоднорідність морфології ґрунту є економічно ефективним екологічним показником, який можна легко інтегрувати в протоколи швидкої оцінки для проектів відновлення заплавних і річкових екосистем. Тому метою нашої роботи було розглянути морфологічні особливості ґрунтів Дніпро-Орільського природного заповідника та оцінити роль ґрунтового різноманіття як чинника структурно-функціональної стійкості екосистем заповідної території, а також виявити значення геоморфологічних предикторів для диференціації типів ґрунтів для створення ґрунтової карти території. Всесвітня довідкова база ґрунтових ресурсів еталонних груп ґрунтів була класифікована за допомогою геоморфологічних предикторів. Типи ґрунтів змогли пояснити 90% коливань у висотах, зайнятих ґрунтами. Аренозоли займали статистично достовірно вищу позицію в рельєфі, ніж інші типи ґрунтів. У свою чергу, евтричні аренозолі займали вищу позицію (68,91 ± 0,48 м), ніж евтричні пластинчасті аренозолі (63,32 ± 0,54 м). Інші ґрунти займали позиції в рельєфі, які статистично суттєво не відрізнялися за висотою. Типи ґрунтів змогли пояснити 38% коливань у висоті, яку займали ґрунти. Найвищі значення індексу вологості рельєфу виявлено для флювізолів (12,73±0,23) та солонців (13,06±0,28 м). Відмінності між цими ґрунтами не були статистично значущими. Індекс вологості рельєфу був дещо нижчим для камбісолів (11,80 ± 0,21) і евтрикових пластинчастих аренозоль (12,21 ± 0,28), які також не відрізнялися за цим показником. Найнижче значення індексу вологості рельєфу виявлено для глейсолів (11,15 ± 0,17) та евтричних аренозолів (10,95 ± 0,24), які не відрізнялися між собою за цим показником. На великих глибинах залягання ґрунтових вод (7,89 ± 0,50 і 2,62 ± 0,46 м) формуються евтричні аренозоли та евтричні пластинчасті аренозолі. Глейсол і солонець утворюються на близьких рівнях ґрунтових вод до поверхні (0,28 ± 0,27 і 0,21 ± 0,46 м відповідно) порівняно з флювісолом і камбісолом (0,46 ± 0,38 і 0,41 ± 0,35 м відповідно). Висота була найбільш інформативно цінним предиктором, але індекс вологості топографії та вертикальна відстань до мережі каналів значно покращили розрізнення. Аренозоли сильно відрізнялися від інших грунтів, які займають автоморфне положення. Камбісоли займали перехідне положення. Інші ґрунти займали гідроморфне положення. Fluvisol і Solonetz зайняли більш вологі позиції, тоді як Gleysol зайняв менш вологі позиції. Флювізолс і солонець відрізнялися рівнем грунтових вод. Солонець залягав переважно на близькому рівні ґрунтових вод. Класифікаційна матриця підтвердила можливість використання геоморфологічних предикторів для побудови моделі просторової варіації ґрунтів досліджуваної території. Просторова модель демонструє організацію ґрунтового покриву заказника. Розрахунки показали, що камбіосолі займають 20,7% площі, евтроареноцвіти займають 16,0%, евтропластинчаті ареносолі займають 17,9%, флювізоли займають 15,2%, глейсолі займають 28,7%, солонці займають 1,5%.