Статьи

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. 

Биодеградация является одним из главных факторов, лимитирующих эффективность и срок службы гель-формирующих почвенных кондиционеров. Исследование количественно оценивает этот процесс с использованием лабораторного анализа биологического поглощения кислорода (БПК) в инновационных композитных суперабсорбентах с акриловой полимерной матрицей, амфифильными агентами (гуматы, торф) и ионами серебра в качестве ингибитора биологической активности. Предложена простая кинетическая модель БПК для стандартизации анализа и расчета периода полураспада полимеров после их инкубации в прецизионных респирометрах VELP (Италия). Период полураспада гидрогелей, набухших в дистиллированной воде (1:100) при температуре 30°C, менялся в диапазоне от 0,8±0,2 до 2,4±1,6 лет. Добавление водного экстракта из компоста резко усиливает биодеградацию и уменьшает период полураспада гидрогелей до 40–60 дней. Дозы 0,1–1% серебра в полимерной матрице или 10–100 ppm в набухших гидрогелях увеличивают период их полураспада в 5–20 раз. Новый методологический подход позволяет полностью автоматически оценивать биодеградацию гель-формирующих полимеров в лабораторных условиях, однако для стабильных материалов с периодом полураспада более 2,5–3 лет точность манометрических анализаторов БПК недостаточна для статистически достоверной оценки кинетики биодеградации даже в длительных (120 дней) инкубационных экспериментах.

Одной из задач, ставящейся при установлении факта нецелевого использования сельскохозяйственных земель в рамках правоприменительной практики, является определение периода неиспользования земель по сельскохозяйственному назначению. Одним из наиболее доступных методов, которые могут применяться при определении возраста залежи при отсутствии документированных данных об истории земельного участка и материалов аэро- и космосъемки, является изучение сформировавшегося на исследуемых участках в ходе постагрогенной сукцессии растительного покрова и трансформации пахотного горизонта. В ходе исследования, проведенного на территории сельскохозяйственных угодий, расположенных в пределах Курганской области, установлено, что точное определение периода неиспользования земель возможно при наличии на участке древесной растительности. Кроме этого, исследование видового состава травянистой растительности позволило выделить ряд сообществ, относящихся к последовательным стадиям развития постагрогенной сукцессии: бурьянистую, стадию корневищных злаков, стадию перехода от корневищных к рыхлодерновинным злакам, однако точное определение длительности этих стадий не представляется возможным. В то же время сравнительный анализ видового состава различных участков травянистой растительности, а также мощности и состава дернины позволяет установить сходство двух и более участков, на одном из которых имеется древесная растительность, являющаяся маркером возраста залежи и на соседних участках. Таким образом, основным признаком, позволяющим установить возраст залежи на земельном участке, является степень развития имеющейся древесной растительности. В качестве дополнительных признаков, позволяющих установить единый контур залежи определенного возраста, могут использоваться видовой состав травянистого биоценоза, мощность и состав дернины.

Оценка нейтрального баланса деградации земель (НБДЗ) используется для характеристики достижения отдельными странами и регионами цели 15 проекта ООН «Цели в области устойчивого развития» (ЦУР), задачи 15.3 — «бороться с опустыниванием, восстановить деградировавшие земли и почвы». В статье представлены результаты расчета нейтрального баланса деградации земель (НБДЗ) для сельскохозяйственных территорий Самарской области с использованием глобальных индикаторов (динамика продуктивности земель, динамика наземного покрова, динамика содержания почвенного органического углерода) и региональных, таких как урожайность, эрозия, содержание подвижных форм калия и фосфора в почве. Для расчета первых двух глобальных индикаторов использовался инструмент Trends.Earth, представленный на платформе QuantumGIS. Оценка остальных индикаторов осуществлялась с использованием фондовых данных, включая данные агрохимической службы. Согласно полученным результатам, на сельскохозяйственных территориях Самарской области к настоящему времени не достигнут нейтральный баланс деградации земель. Индикатор ЦУР 15.3.1 («доля деградированных земель от общей площади земель») составляет 78,61%, а индекс НБДЗ — –57,22%. Ведущим процессом деградации земель является водная эрозия почв, приводящая к снижению уровней таких индикаторов, как продуктивность земель и содержание гумуса.

На основе апробации различных разновидностей эколого-экономической оценки земель на территории Русской равнины была проведена их систематизация как с позиции соотношения получения прибылей и причинения убытков, связанных с природопользованием, так и отнесения этих разновидностей к направлениям экономической науки, по-разному определяющим роль экономической деятельности человека в экологических системах. Показано преобладание в Российской Федерации тех приемов и методов эколого-экономической оценки, которые сопряжены с определением ущерба/вреда от загрязнения, деградации и захламления земельных участков. Приведены результаты апробации «Методики определения размеров ущерба от деградации почв и земель» (1994) для агрохозяйств, расположенных в различных регионах Российской Федерации — в Волгоградской, Белгородской, Калининградской и Пензенской областях. Установлено, что причиненный землям сельскохозяйственного назначения всех исследуемых регионов ущерб обусловлен невысоким уровнем проводимых здесь агротехнических мероприятий — главным образом, недостаточным внесением органических и минеральных удобрений, известкования кислых почв, например в Калининградской области, и гипсования солонцеватых почв в Волгоградской области. Методы, где проводится сопоставление доходов и убытков, такие как методика Й. фон Брауна, корректировка стоимости земель на основе сведений об их экологическом состоянии, являются наиболее сложными для реализации, но самыми перспективными с практической точки зрения. Приведены результаты корректировки кадастровой стоимости земель Западного административного округа г. Москвы на основе расчета показателя потери экологического качества почв. В ряде случаев снижение кадастровой стоимости земельных участков составило 71% по сравнению с исходной величиной. Установлено, что оценка экологического ущерба относится к направлению «экономика окружающей среды», оценка экосистемных сервисов почв и земель, корректировка стоимости земель на основе сведений об их экологическом состоянии, оценка экологического налога/экологических платежей — к направлению «экологическая экономика», методика Й. фон Брауна и оценка экологических рисков загрязнения, деградации и захламления земель — к направлению «зеленая экономика».