Статьи

В статье рассматриваются вопросы, посвященные развитию радиоэкологии как самостоятельной научной дисциплины. Анализируются достижения прошлых лет, исследования, которые проводятся в настоящее время, а также перспективные направления развития в данной области. Предложена скорректированная периодизация этапов развития радиоэкологии с учетом накопленного к настоящему времени опыта в области этой дисциплины. На начальном этапе (1895–1929 гг.) осуществлялся сбор эмпирического материала; на первом этапе (1930–1960 гг.) был заложен теоретический фундамент и радиоэкология сформировалась как самостоятельная дисциплина; на втором этапе (1961–1990 гг.) отмечалось интенсивное, а на третьем (1991–2010 гг.) — поступательное развитие радиоэкологии; четвертый, современный этап развития радиоэкологии приходится на начало ХХI в. (2011 г. — настоящее время). Для каждого этапа рассматриваются основные научные достижения и эволюция идей в области радиоэкологии. Постулируется, что в настоящее время развитие этой дисциплины связано с дальнейшим совершенствованием мировых ядерных технологий, ликвидацией последствий ряда радиационных инцидентов (авария на АЭС Фукусима, 2011 г.), пересмотром концепции радиационной защиты окружающей среды и рядом других положений. Особое внимание уделяется лесной радиоэкологии — одному из важнейших направлений этой науки.

Палеопочвоведение — это бурно развивающаяся наука, изучающая почвы прошлых геологических эпох с целью получения информации об эволюции природной среды. Объектами палеопочвоведения являются не только собственно почвы, но и продукты их вовлечения в биогеосферные циклы (ресайклинг). Это определяет планетарную роль почвообразования, проявляющегося в воздействии на состав верхних слоев литосферы и приводящего к появлению новых минералов, изменении дисперсности, остаточной или аккумулятивной концентрации элементов. В геологической истории Земли почвообразование реализуется в рамках единого процесса — экзогенеза, включающего взаимообусловленную совокупность процессов выветривания, почвообразования, осадконакопления, диагенеза и геохимической миграции веществ. Педолитосфера отражает главные события в эволюции ландшафтной оболочки Земли с самого начала геологической летописи, такие как формирование кислородной атмосферы, появление высших растений и травянистых биомов, динамику межледниково-ледниковых циклов и др. Палеопочвы являются основой палеогеографических реконструкций и прогностических моделей климатических изменений. Палеопочвоведение раздвигает горизонты почвоведения в системе биогеосферных наук и определяет формирование новых научных дисциплин: бактериальной палеонтологии, палеогеохимии, биогеоморфологии, астропедологии, геоархеологии, экологического палеопочвоведения, почвенного палеокриогенеза и учения о криобиосфере. Историческое измерение, которое привносит палеопочвоведение, делает почвоведение зрелой исторической наукой.

Рассмотрены структура и функции информационной системы «Почвенно-географическая база данных России» (ИС ПГБД РФ), реализуемой на платформе факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова. Изложено современное состояние национальных баз данных по почвенным ресурсам и формирование на их основе международных информационных систем. Созданная информационная система состоит из трех разделов. Первый раздел включает разномасштабные почвенные карты и карты природных условий территории РФ. Второй раздел представлен природно-атрибутивной базой данных, в основе которой лежит почвенный разрез с сопутствующими аналитическими характеристиками. В третьем разделе с помощью программных средств собранная разносторонняя информация о почвенном покрове становится основой для моделирования пространственного распределения различных показателей, проведения расчетов в прикладных проектах для широкого круга пользователей.

Информационная система ПГБД РФ позиционируется как экспертно-аналитический центр, который выступает в качестве координатора и обеспечивает функционирование распределенной сети, а также разработку и распространение соответствующих международному уровню стандартов описания, хранения, представления почвенной информации и обмена данными за счет использования специализированных программ, адаптированных к региональным особенностям. Кроме того, предназначение центра — это осуществление связи между первичными цифровыми ресурсами природно-почвенной информации, локализованными в различных организациях, региональных центрах агрохимической службы, и федеральными ведомствами, аккумулирующими информацию, необходимую для принятия управленческих решений.

К юбилею факультета почвоведения МГУ автор рассматривает вопросы, оставшиеся нерешенными в области классического генетического почвоведения за последние полвека, и предлагает список задач, требующих решения в ближайшем будущем. Отмечается, что на фоне снизившегося интереса к почвенно-генетическим исследованиям накапливаются проблемы в смежных областях, которые требуют ясного понимания генезиса почв: классификации почв, почвенной цифровой картографии, палеопочвоведении и оценке почв. Нет единого понятийного аппарата, описывающего почвообразовательные процессы. Одной из нерешенных проблем остается оценка скоростей почвообразовательных процессов, без которой затруднительна как реконструкция эволюции почв в прошлом, так и прогноз поведения почвенных систем в будущем. Приводится несколько примеров недостаточно исследованных и дискуссионных педогенетических процессов. В частности, механизмы текстурной дифференциации не расшифрованы как в умеренных, так и в тропических областях; во многих случаях явно дифференцированные по содержанию илистой фракции почвы соседствуют с почвами с однородным по гранулометрическому составу профилем. Неизвестны механизмы глубокого иллювиирования гумуса при отсутствии признаков альфегумусового процесса или осолонцевания. Отсутствует ясное понимание механизмов формирования уплотненных срединных горизонтов почв (фраджипэнов) и горизонтов, сцементированных опалом (дурипэнов). Предлагается создать базу данных нерешенных почвенно-генетических вопросов, которые требуют анализа и осмысления.

Целью данной работы было изучение кислотности деградированных почв сельскохозяйственных угодий. В основные задачи исследований входило изучение актуальной и потенциальной кислотности почв сельхозугодий Донецкой Народной Республики на примере агрохозяйств северной части Шахтерского района. Установлено, что для изученных модельных участков характерна слабокислая, нейтральная либо слабощелочная реакция среды, что создает благоприятные условия для формирования урожая и произрастания растений. При изучении обменной кислотности почв установлена неоднозначность изменений ее значений, зависящая от расположения модельных участков, системы содержания почвы в севообороте, горизонта и прочих факторов. Наиболее превышающие контрольные значения обменной кислотности характерны для склоновых поверхностей участков, где интенсивность эрозионных процессов достигает максимума (превышение показателя по сравнению с контролем в среднем на 8,6%). В дальнейшем повышенные значения обменной кислотности могут отрицательно сказываться на формировании урожая сельскохозяйственных культур. Изменения в значениях гидролитической кислотности почв подчиняются той же закономерности, что и варьирование показателей обменной кислотности. Наиболее существенное превышение показателя гидролитической кислотности по сравнению с контролем зафиксировано на склоновых участках полей (повышение на 11–17%). Данные исследования подтверждают необходимость проведения постоянного агроэкологического мониторинга этих земель с регулированием внесения минеральных удобрений для усиления поглотительной способности почв в связи с повышенными значениями обменной и гидролитической кислотности.

Исследованы механические характеристики почв одного генезиса и разного землепользования г. Сыктывкар: агродерново-подзолистая урби-стратифицированная почва в черте города, постагрозем парковой почвы, подзолистая почва пригородной территории. Проведен анализ их взаимосвязи с содержанием органического вещества и гранулометрическим составом. В агродерново-подзолистой урби-стратифицированной почве прочностные свойства в большей степени обусловлены содержанием крупных гранулометрических фракций (>0,25 мм), а в подзолистой почве — содержанием органического вещества. Были выстроены ряды почв по значениям реологических параметров. Прочность структурных связей, оцениваемая параметром начального модуля упругости, наибольшая у подзолистой почвы. Широким диапазоном линейного вязкоупругого состояния выделяются горизонты агродерново-подзолистой урби-стратифицированной почвы. И постагрозем, и подзолистая почва имеют одинаковые средние значения точки начала области вязкого течения.

В свете необходимости разработки технологий снижения выбросов диоксида углерода и увеличения углерод-поглощающей способности природных и антропогенных экосистем была оценена возможность применения минеральных удобрений для регулирования микробного дыхания и эмиссии СО2 из почв городских газонов. Исследования проводились на территории Ботанического сада МГУ на Ленинских горах в мелкоделяночном опыте с дробным внесением четырех видов комплексных удобрений (NPKS 27:6:6:2, NPKS 21:10:10:2, NPK 15:15:15 и NPK 18:18:18 + 3 MgO + микроэлементы (МЭ)) в дозах 60 и 120 кг N·га-1 за вегетационный период. Изучено содержание углерода микробной биомассы (Смик) методом субстрат-индуцированного дыхания, оценено базальное дыхание (БД) почв, определена эмиссия СО2 из почв методом закрытых статических камер. Содержание Смик в почве контрольного варианта в летний период варьировало в пределах 1300–1450 мкг·г-1. Внесение удобрений состава NPKS 21:10:10:2 и NPK 18:18:18 + 3 MgO + МЭ в дозе 60 кг N га-1 увеличивало содержание Смик на 12–35% в первые две недели, в дальнейшем оно уменьшалось. Внесение всех удобрений повышало БД и эмиссию СО2 из почвы на короткий период, максимально на 6-е сутки. Через две недели БД и эмиссия СО2 возрастали с меньшей интенсивностью, а в ряде случаев снижались до контрольных значений (1,5 мкг С-СО2 ·г-1 ч-1 и 500 мг СО2·м-2·ч-1 соответственно) и меньше. Минимальные эмиссия СО2 и всплеск БД почв наряду с приростом микробной биомассы наблюдались после внесения удобрения NPKS 21:10:10:2. Наибольшее изменение функционирования микробного сообщества почв, выявленное по максимальному qCO2, происходило при внесении NPKS 27:6:6:2. Динамика эмиссии СО2 из почв мелкоделяночного опыта с апреля по октябрь коррелировала с температурой почв (rS = 0,66, р <0,05, n=135). Во все периоды исследований минимальные показатели эмиссии СО2 отмечены для участка с удобрением NPKS 21:10:10:2. 

Изучено влияние нефтезагрязнения и сопутствующего засоления чернозема типичного в ходе полевого эксперимента. Показано, что поступление нефти в количестве 2 и 3 г·кг^-1 с хлоридом натрия 1 г·кг^-1 или без него не оказывает негативного влияния. Установлено, что под воздействием засоления происходит увеличение содержания подвижных форм тяжелых металлов в среднем в 1,5 раза. Проведен анализ содержания тяжелых металлов в культурах, возделываемых на территории Республики Башкирия (Pisum sativum L., Triticum aestivum L.) после загрязнения нефтью и хлоридом натрия как индивидуально, так и совместно в полевом эксперименте. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве под влиянием двух рассматриваемых культур различно, что связано как с физиологическими особенностями культур, так и с влиянием загрязнителей. 

В статье рассматриваются особенности биологического круговорота ⁹⁰Sr в березовых лесах Брянской области в отдаленный период после чернобыльских выпадений. Приведены показатели удельной активности и запасов ⁹⁰Sr в почвенной толще, различных структурах и видах древесного и травяно-кустарничкового ярусов, высших грибах, опаде. Показано, что в настоящее время в загрязненных березняках Брянского Полесья основной запас ⁹⁰Sr сосредоточен в почве — 82,3%, из них около 71% — в минеральных почвенных горизонтах; биота содержит всего 17,7% суммарного запаса радионуклида с максимальными показателями в древесном ярусе. Вклад травяно-кустарничковой растительности и высших грибов невелик — <0,5%. В березняках в биологический круговорот вовлекается 3,07 кБк·м^{-2 90}Sr, что составляет около 3% от его общих запасов в БГЦ и примерно соответствует радиоактивному распаду этого радионуклида. Основная часть ⁹⁰Sr идет на формирование годичного прироста древостоя, при этом вклад высших грибов в показатели круговорота превышает вклад травяно-кустарничкового яруса. Возврат ⁹⁰Sr в почву ниже (48,2%), чем его закрепление в годичном приросте биомассы (51,8%).

Представлены результаты вегетационного опыта на гумусовом горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы (Albic Retisol), которая была загрязнена тяжелыми металлами в результате внесения осадков сточных вод в качестве удобрения. Почва использовалась для выращивания овощных культур и кормовых трав, а последние 10 лет находится в залежи. В опыте изучено влияние ризосферных бактерий рода Pseudomonas на биомассу и поступление микро- и макроэлементов в вегетативные органы и корневую систему растений яровой пшеницы. Под влиянием инокуляции бактериями увеличилась биомасса растений пшеницы на 10–12% и изменилось содержание основных макро- и микроэлементов в растениях. Уменьшилось содержание Ca, K, Mg, Na и P в 1,5–2 раза в вегетативной части растений пшеницы, инокулированных P. fluorescens 21 и P. putida 23. Содержание макроэлементов в корнях пшеницы мало изменилось, но увеличилось соотношение между содержанием элементов в корнях и вегетативной части растений. Распределение содержания микроэлементов и тяжелых металлов (ТМ) значительно более контрастное: содержание Cd в корнях растений пшеницы превысило таковое в вегетативной части растений в 9 раз без обработки бактериями и в 18 и 11 раз после инокуляции P. fluorescens 21 и P. putida 23, а в вариантах с P. fluorescens 20 — в 7 раз. Отмечено снижение содержания Cd в вегетативной части растений пшеницы, в 2 раза при инокуляции P. fluorescens 21 и в 1,5 раза для вариантов с P. putida 23. Уменьшилось также и содержание Zn в надземной части растений при инокуляции P. fluorescens 21 в 1,8 раз и для вариантов с P. putida 23 в 1,4 раза. Увеличение соотношения содержания элементов в корнях и вегетативной массе растений свидетельствует об увеличении устойчивости растений к токсическому действию тяжелых металлов и барьерной функции корней.

Бактерии являются чувствительным индикатором состояния почвы, в частности, загрязненной нефтью и нефтепродуктами. После внесения ремедиантов содержание нефти и продуктов ее трансформации в почве изменяется, что влияет на численность бактерий. Цель — оценить численность бактерий в нефтезагрязненном черноземе обыкновенном после ремедиации. В нефтезагрязненный чернозем (5% нефти от массы почвы) вносили биочар, гумат натрия, нитроаммофоску и микробиологическое удобрение «Байкал ЭМ-1». Через 90 суток эксперимента численность бактерий в почве оценивали по общей численности бактерий, определенной методом люминесцентной микроскопии, численности актиномицетов, амилолитических и аммонифицирующих бактерий, определенной методом посева на плотные питательные среды. Рассчитывали интегральный показатель численности бактерий (ИПЧБ) почвы до и после применения ремедиантов. Для оценки экологического состояния почвы при ремедиации нефтезагрязненного чернозема биочаром возможно использовать общую численность бактерий, нитроаммофоской — численность аммонифицирующих бактерий, гуматом натрия — численность актиномицетов, удобрением «Байкал ЭМ-1» — численность амилолитических бактерий. Согласно ИПЧБ почв при ремедиации нитроаммофоской, биочаром и удобрением «Байкал ЭМ-1» наиболее эффективная доза Д_0,5, а при ремедиации гуматом натрия — Д₂. Результаты исследования целесообразно использовать при биодиагностике и мониторинге состояния нефтезагрязненных черноземов после ремедиации.

Проведен сравнительный анализ состава лизиметрических вод за 2021–2022 гг. для двух групп стационарных почвенных лизиметров в условиях города. Первая группа лизиметров образована системой: пар — травяной фитоценоз — зарастающая залежь — ельник — смешанное и широколиственное насаждение, развивающихся на однотипном покровном суглинке. Вторая группа лизиметров представляет собой почвы с различным типом обработки почв: обычная вспашка, сверхглубокий плантаж по Бушинскому, вспашка по Мосолову, глубокая вспашка по Качинскому.

Для обеих групп показана однотипная миграция компонентов, при которой наиболее мигрирующими элементами являются углерод, одно- и двухвалентные катионы и хлорид-ион, при минимальной миграции железа, марганца и алюминия.

В группе лизиметров под различными типами растительности по мере становления древесного полога и соответственно увеличения интенсивности биологического круговорота в мигрирующих водах существенно возрастает концентрация таких важнейших биофильных элементов, как магний, кальций, калий и углерод, а среди анионов — хлорид- и сульфат-ионов. Это обусловливает в рамках кластерного анализа две различающиеся подгруппы по составу природных вод: первая образована системой пар — травяной фитоценоз — зарастающая залежь, а вторая объединяет древесные насаждения.

 В группе лизиметров с различной обработкой почв выделяется кластер, характеризующий состав вод в лизиметрах с мелиоративной вспашкой по Мосолову и глубокой вспашкой по Качинскому. При этом отдельные совокупности образуют лизиметры с обычной вспашкой и сверхглубоким плантажем по Бушинскому. Это обусловлено тем, что в этой группе лизиметров преобразуется изначально созданная конструкция почвенного профиля, которая характеризуется размещением в различном сочетании и на разной глубине элювиальных и иллювиальных горизонтов почв.