Статьи

По цифровым фотоснимкам авторы создали трехмерную модель (3D) распределения почвенных горизонтов мозаичного строения в пространстве. Методика апробировалась на освоенной дерново-подзолистой почве Учебно-опытного почвенно-экологического центра МГУ имени М.В. Ломоносова «Чашниково». На одиннадцати срезах почвенного профиля, использовавшихся для получения модели, отображен участок площадью 30×45 см с расстоянием в 2,5 см между ними. Корректность цветопередачи фотоизображений проверяли с помощью портативного спектрофотометра. Цветопередача наилучших фотоснимков была скорректирована по методике внешнего стандарта. На основе полученных изображений создан пакетный файл обработки в программе SAGA GIS для получения трехмерного массива данных по цвету почв в системе CIE L*a*b*. В программе Voxler 4 по цветовым показателям была построена 3D-модель размером 45 см (X) × 30 см (Y) × 25 см (Z) и разрешением 0,5 см (X) × 0,5 см (Y) × 2,5 см. На основании анализа пространственного распределения цветовых показателей и применения алгоритма пороговых значений было проведено выделение горизонтов A1A2, A2, A2B. Запасы углерода, вычисленные для одного и того же объема почвы по 3D-модели, существенно, на 25%, меньше, чем запасы, рассчитанные по 2D-модели. Авторы полагают, что метод оптического картирования на основании цветовых показателей в системе CIE L*a*b* достаточно аккуратно воспроизводит естественную структуру границ почвенных горизонтов и может быть использован в дальнейших работах по моделированию и изучению профилей почв с мозаичным строением.

Предисловие к выпуску

Возвращение частной собственности на землю и насущные запросы развивающейся практики землепользования требуют переосмысления некоторых существующих фундаментальных парадигм и поиска новых технологий во взаимоотношениях человека и природы, а для этого — создания новых разделов знания. Новым способам освоения окружающей ландшафтной среды недостаточно методов, предлагаемых традиционными дисциплинами. Строительные нормы и правила нуждаются в уточнении для антропогенноизмененных почв и грунтов. Инженерное почвоведение — это область знания, изучающая инженерные свойства почвы и возможности их использования для проектирования и строительства почвенно-инженерных сооружений в почве и конструкций из почвы, призванная решать конкретные почвенно-инженерные задачи природообустройства и разрабатывать экологичные инженерные технологии управления свойствами почв и ландшафтов. Подобные технологии сегодня экстренно востребованы в малоэтажном, коммунальном, ландшафтном, садово-парковом, сельскохозяйственном, гидрологическом, лесном, городском и т.п. строительстве. Объекты инженерного почвоведения — почвенно-инженерные сооружения и почвенные конструкции разного масштаба, от педона до почвенного покрова, создаваемые в естественных и антропогенно-измененных почвах. Под почвенно-инженерными сооружениями подразумевается почвенно-технический комплекс, сохраняющий или создающий основу для устойчивого существования естественной окружающей среды. Все почвенно-инженерные сооружения можно разделить на инертные конструкции (фундаменты, трубопроводы, дорожные покрытия) и конструкции, взаимодействующие с почвой (колодцы, поля фильтрации, водоемы, дренажные и оросительные системы). Почвенно-ландшафтный инжиниринг — это неотъемлемая часть бурно развивающегося экологического инжиниринга. Технологии почвенно-ландшафтного инжиниринга являются одной из основных движущих сил прогресса цивилизации на протяжении всего существования человечества, а наивысшего расцвета они достигают в русской усадебной культуре XIX в. Однако новое социально-экономическое явление «современная русская усадьба» нуждается в изучении и разработке норм и правил по организации его взаимодействия с окружающей природной средой, которое во многом похоже на влияние садового строительства и очень схоже с совмещенным в пространстве и времени влиянием города.

Высокая водоудерживающая способность и влагоемкость детрита определяют его потенциальное гидрологическое значение в формировании водного режима почв и фитопродуктивности лесных ландшафтов. Используя компьютерное моделирование водного обмена в системе «почва-растение-атмосфера» HYDRUS-1D, мы изучили предварительно гидрологическую функцию детрита по водоудерживанию влаги осадков и корневому водопотреблению при разных количествах и вариантах расположения слоев детрита в почвенном профиле. Спроектированные на основе этой информации почвенные конструкции для устойчивого лесоразведения с повышенной карбоновой секвестрацией продемонстрировали в полевых экспериментах с мониторингом водного баланса высокую эффективность в оптимизации водоудерживающей способности почвы и транспирационного расхода влаги тестовой культуры (ель голубая Picea pungens Engelm.) с 2–3-кратным сокращением непродуктивных водных потерь и 1,5–2-кратным увеличением текущего прироста растений относительно необработанного контроля. Физическим механизмом гидрологической функции детрита является формирование капиллярных барьеров, блокирующих испарение и капиллярное рассасывание влаги, при расположении органогенных слоев на поверхности (лесная подстилка) или внутри почвы (торфяные прослои в почвенных конструкциях).

На кафедре эрозии и охраны почв сложились основные научные направления — «Оценка эрозионных процессов в почвах различных биоклиматических зон», «Изучение основ устойчивого землепользования» и «Эколого-экономическая оценка деградации почв и земель». Предлагается развитие как существующих направлений научных исследований с определенной корректировкой их названий и проблематик («Анализ и моделирование эрозионных процессов в почвах, в том числе в условиях изменения климата», «Развитие концепции устойчивого землепользования в контексте проблемы продовольственной безопасности», «Экология, экономика и социально-демографические особенности землепользования в условиях изменения климата и деградации почв»), так и новых направлений, имеющих некоторую исследовательскую историю на кафедре — «Разработка принципов охраны почв», «Разработка методологических основ рекультивации земель». Особенно подробно рассмотрена необходимость создания целостной концепции охраны почв. Эта концепция должна включать в себя и формулирование правовых (законодательных и нормативно-методических) принципов охраны почв, и определение критериев оценки почв, при которых их охрана может осуществляться, и разработку систем охраны почв, прежде всего от проявления эрозионных процессов, в различных биоклиматических и административно-территориальных условиях.

В статье обобщены результаты последних исследований сотрудников кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова в области оценки генетического потенциала микробных сообществ почв и их применения в развитии фундаментального почвоведения и природоохранных технологий. Сформулированы перспективные направления дальнейшей работы, связанные с использованием микробного потенциала почв в целях биоремедиации территорий от экотоксикантов, разработки технологий самоочищения почв на основе стимуляции природных сообществ микроорганизмов, а также применения микробных препаратов биодеградации нефтепродуктов, пестицидов и синтетических полимеров. Другое важное направление связано с развитием научных основ индикации биологических объектов в окружающей среде и космических объектах. В рамках этого направления проводится геномный анализ некультивируемых микроорганизмов из Арктики, Антарктики и других экстремальных местообитаний, а полученные знания используются в качестве модели инопланетной жизни. Еще одним актуальным направлением для кафедры биологии почв является разработка агробиотехнологий на основе управления естественным почвенным микробиомом, создание микробных препаратов-стимуляторов роста и развития растений, микробиологических способов повышения доли биологического азота в питании растений, использование микробных эндосимбионтов растений и биоинсектицидов. Не менее важным аспектом является поиск продуцентов биологически активных веществ, таких как фитогормоны, антибиотики, ферменты, пробиотики, гидролитики природных и искусственных полимеров. Рассмотренные направления исследований в области биологии почв имеют важное значение для улучшения земельного хозяйства, охраны окружающей среды и разработки природоохранных технологий.

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.