Статьи

В работе рассмотрены существующие методические подходы, используемые в отечественных и зарубежных исследованиях городских почв. Проведен анализ методов изучения городских почв с учетом особенностей их формирования и функционирования как объекта ландшафтного проектирования на примере города Москвы. Представлена информация о территориальной и функциональной организации городского пространства. С точки зрения методических подходов к исследованию почв города предлагается их разделение на две группы: разновозрастные почвы с насыпными поверхностными горизонтами из различных рекультивантов и природные поверхностно-преобразованные без насыпного субстрата. Рассматриваются особенности методических подходов к изучению каждой группы. Отмечается, что существенное влияние на строение, свойства и функционирование антропогенных городских почв оказывает вещественный состав почво-грунтов, из которого они сформированы. Применение различных по составу и свойствам почво-грунтов для формирования верхней части профиля городских почв, подчас неизвестная история их функционирования и использования, возможные многочисленные нарушения обусловливают чрезвычайно высокую и чаще всего несистематическую их пространственную и временную вариабельность. В связи с возрастанием интереса научной общественности к качественной оценке городской среды наиболее перспективным представляется применение методов изучения результирующих экологических функций городских почв с помощью интегральных показателей, а также разработка подходов, методик и технологий создания почво-грунтов, отвечающих принципам «зеленого» природопользования.

Городские почвы – относительно новый объект исследования для почвоведов. Высокая плотность населения и интенсивность урбанизации, а также экологические проблемы в Европе, спровоцированные Второй мировой войной, побудили исследователей в середине 20 века обратить пристальное внимание на экологические проблемы городов и в том числе городских почв, как базиса для городских экосистем. Хотя отдельные исследования городских почв известны уже с начала прошлого века, в частности, Василий Васильевич Докучаев в последние годы жизни планировал провести комплексное исследование всех компонентов природы Санкт-Петербурга, но судьба не оставила ему сил и времени для этого. Как это часто бывает с идеями гениев, они начали реализовываться лишь через много лет.

Несмотря на то, что массовым регулярным исследованиям городских почв в мире уже более 40 лет и количество исследователей в этой области непрерывно растет, сама тематика продолжает вызывать острые дискуссии. И в России, и за рубежом до сих пор есть почвоведы, отказывающиеся признать, что в городе может быть почва, кроме той, что сохранилась в городских лесопарках. Более осторожные специалисты призывают не рассматривать городские почвы как объект для фундаментальных генетических исследований, а лишь ограничиться характеристикой их экологических функций, в первую очередь для целей озеленения.

Как это ни странно покажется российскому читателю, зарубежные ученые часто отрицают высокую степень «антропогенности» городского почвенного покрова. Почвы на техногенных отложениях, если эти отложения не отличаются высокой специфичностью свойств, вызванной большим количеством антропогенных включений или запечатыванием под дорожным покрытием, рассматриваются как относительно молодые почвы, сформированные природными почвообразовательными процессами, а значит, как природные почвы. На этом основании на почвенных картах европейских городов процент специфических городских техногенных почв относительно невысок. Отечественные почвоведы до сих пор в большинстве своем считают, что на техногенной породной основе почвы в полном смысле просто быть не может, и на этом основании отказывают городским почвам в возможности рассмотрения их как продукта природной эволюции и объекта генетических исследований.

Кроме того, как нестандартный молодой объект исследования, почвы города помогают взглянуть на уже устоявшиеся взгляды и концепции с непривычной стороны и подвергнуть их сомнению. Непривычное сочетание условий почвообразования и конечных свойств объекта побуждают искать новые методы исследований, что далеко не всегда даёт бесспорные результаты, и, конечно, вызывает бурю сомнений у коллег. Дискуссию вызывают и неожиданные результаты, полученные уже хорошо апробированными методами, надежность которых доказана.

Тем не менее, из года в год почвы городов пробуждают все больший интерес исследователей. Продолжают появляться все новые и новые направления и объекты исследований внутри городской среды. Растет цитируемость научных трудов по городским почвам. Преимущества получают исследования, имеющие междисциплинарный оттенок, позволяющий точнее оценить особенности факторов почвообразования, их влияние на почвообразовательный процесс и вписать почвообразование, происходящее в городе, в картину общих представлений о природе и формировании почв на планете Земля.

Содержание этого номера вполне отражает изложенные тенденции в развитии знаний о городских почвах. Представленные материалы побуждают к дискуссии, что как нельзя лучше соответствует духу университетской среды. 

Исследована миграция водорастворимой фракции нефтяных углеводородов (ВРФН) в типичных почвах Башкортостана. В лизиметрическом модельном эксперименте выявлена возможность водной миграции нефтяных углеводородов в аллювиальной дерновой, серой лесной почве и остаточно-карбонатном черноземе. Среди растворенных органических веществ (РОВ), переходящих в лизиметрические воды из загрязненных нефтью почв, присутствуют компоненты, не экстрагируемые гексаном, но обладающие флуоресценцией в воде в области длин волн, характерной для ВРФН. Эти вещества отличаются от РОВ природных почв более высокими индексами гумификации HIX и, предположительно, относятся к окисленным продуктам трансформации нефтяных углеводородов. Лизиметрические воды из нефтезагрязненных почв характеризуются биотоксичностью вне зависимости от присутствия в них неполярных нефтяных углеводородов. Индекс токсичности Т положительно коррелирует с содержанием в водах органического углерода (С_орг) и Cl-ионов, сопутствующих загрязнению почв нефтью.

Почвы поверхностного переувлажнения, осушенные трубчатым дренажом, представляют собой аналог лизиметрических установок большой площади, дренажный сток в которых представлен гравитационными водами, подобными лизиметрическим водам. Установлена величина модуля дренажного стока в весенний и осенний периоды на полигонах, осушенных пластмассовым и гончарным дренажом, и её зависимость от влажности года. Показано, что осушение трансформирует тип водного режима с застойно-промывного в промывной. Изучена многолетняя и пространственная динамика выноса илистой фракции почв и соединений железа. Установлен вынос химических элементов с дренажным стоком и его влияние на интенсивность процесса лессиважа в агросерых почвах, осушенных разными видами дренажа.

За период 2015-2019 гг. охарактеризован гидротермический режим почв экосистем больших лизиметров Почвенного стационара МГУ, формирующихся на однотипной породе под различным растительным покровом. Оценено меж- и внутригодовое влияние хвойного, широколиственного и травяного растительных сообществ на динамику температуры и влажности почв. Показано, что спустя 60 лет после закладки лизиметров исследованные слаборазвитые почвы достоверно отличаются по влажности и температурному режиму. Наибольшее влияние (усиливающееся со временем) оказал древесный ярус за счет перераспределения осадков и транспирационного эффекта, значительно снижающих влажность почв и объем лизиметрического стока. Наиболее сухая экосистема (ельник) отличалась от наиболее влажной (залежь) в 2-3 раза по влажности верхнего 20-см слоя и более чем в 10 раз по объему стока. Установлена специфика влияния типа древесных насаждений на температурный режим почв. Для хвойной экосистемы характерны минимальные температурные показатели, тогда как для широколиственной –  максимальные, разность среднегодовых показателей для 10 см составляет более 1,6 ˚С. Показана роль травяного покрова, снижающего температурные экстремумы и испарение с поверхности почв. Оценены сезонные особенности влияния растительного покрова на гидротермический режим почв.

На количественном уровне в 2-х летнем почвенно-лизиметрическом эксперименте оценены основные составляющие баланса СО₂ – эмиссия с поверхности, вынос с лизиметрическим стоком и динамика запасов в 1,5 метровой почвенной толще с учетом межфазных равновесий. Показан значительный (до 22-92%) вклад лизиметрического стока в общий газообмен в холодное время (осень-зима) на фоне малой (0,3-3,7%) доли во время вегетации (весна-лето). Из-за инерционности и нестационарности внутрипочвенных процессов аккумуляции/разгрузки газа эмиссия с поверхности не отражает адекватно гросс-продуцирование СО₂ объемом почвы, занижая в весенне-летний период и завышая осенью. Полученная за 2-х летний срок корреляция эмиссии и гросс-продуцирования СО₂ указывает на возможность 1,3-1,4 –кратного занижения диссимиляционной составляющей круговорота углерода при традиционной  эмиссионной оценке почвенного дыхания. 

На примере данных по многолетней динамике (1967, 1995, 2006 и 2013 гг.) соединений Cu, Ni и Mn в профиле почв под искусственными фитоценозами почвенных лизиметров МГУ апробировано теоретическое уравнение концентрации соединений микроэлементов, поступающих в почву с атмосферными выпадениями, в функции глубины и времени. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования аналитической модели для прогнозирования содержания тяжелых металлов в профиле почвы.

Обсуждаются итоги 60-летних исследований физических свойств почв в Больших лизиметрах МГУ, включающих изучение элементов водного баланса, эволюции почв, температурного режима и транспорта различных веществ в почвенном профиле. Выявлены долгосрочные изменения гранулометрического и минералогического состава, содержания органического углерода. Установлено влияние последовательности расположения горизонтов в почвенном профиле на интенсивность лизиметрического стока и его стабилизацию в многолетнем аспекте. Обнаружено, что объемы транзитного переноса веществ через разные почвенные профили зависят от строения последних и условий на их верхней границе.

В лабораторных экспериментах определяли скорость минерализации органического вещества в нефтезагрязненных нерекультивированных, рекультивированных и фоновых почвах, сформированных в основных типах среднетаежных биогеоценозов Западной Сибири. Скорость процесса оценивали по количеству выделившегося СО₂ из влажных образцов при комнатной температуре. Кумулятивные кривые имели линейный вид, поэтому для оценки скорости минерализации использовали величину среднесуточного выделения СО₂, отнесенного к одному грамму сухой почвы (К1). Значения К1 варьировали в диапазоне 0,123—1,578 мг СО₂/г/сут. Наибольшая величина этого показателя зафиксирована в фоновой лесной почве, наименьшая — в нефтезагрязненной торфяной с экстремальным уровнем загрязнения (544 г/кг). Значения К1 отрицательно коррелировали с содержанием нефтепродуктов (К = –0,57). Скорость минерализации органического вещества рекультивированных торфяных почв варьировала в диапазоне 0,31—0,85 мг СО₂/г/сут.

Проведен сравнительный анализ численности и разнообразия культивируемых бактерий сапротрофного комплекса городских почв на территории крупного промышленного центра европейского севера России г. Сыктывкара до и после карантинных мероприятий в связи с пандемией коронавирусной инфекции COVID-19. Город с высокой численностью населения и интенсивной антропогенной нагрузкой; по совокупности показателей текущего состояния компонентов окружающей среды относится к напряженной категории экологического стандарта. Исследования проводили в 2019 и 2020 гг. Анализировали верхние слои (0—10 см) урбаноземов и гор. А почв парковой территории в черте города и зональной ненарушенной подзолистой. Сопоставление результатов локального мониторинга за два года показало заметное увеличение численности и разнообразия таксонов бактерий в 2020 г. Как следствие долговременного снижения антропогенного воздействия на окружающую среду в результате карантинных мероприятий зарегистрировано падение в урбаноземах содержания санитарно-показательных (Escherichia coli, Enterococcus faecalis), оппортунистических и аллергенных (Enterobacter agglomerans, Citrobacter europaeus, Klebsiella oxytoca, Serratia marcescens и др.) видов сем. Enterobacteriaceae. Этот факт можно рассматривать как проявление способности почвы к «самоочищению» в условиях снижения антропогенного воздействия на окружающую среду.

Изучена возможность создания высокоэффективного универсального препарата-стимулятора для предпосевной обработки семян различных зерновых культур на основе сорбционно-стимулирующего препарата (ССП), включающего в свой состав бентонит кальция, гумат, автолизат пивных дрожжей и гиббереллин. Введение в состав препарата некоторых неионогенных поверхностно)активных веществ приводит к распаду агрегатов монтмориллонита до индивидуальных частиц и увеличению активной поверхности сорбционного комплекса. Это дает возможность, повысив концентрацию гиббереллина, в 1,5 раза увеличить эффективность ССП. В результате, разработан 5-компонентный состав (ССП-5), содержащий перечисленные выше вещества, эффективность действия которого на яровой пшенице сорта Лиза на дерново-подзолистой почве составила 56%.

Введение в препарат других биологически активных веществ с целью восполнить возможную нехватку этих соединений в семенах показало, что с увеличением стимуляции одних семян на других снижается общий эффект. Эти данные позволяют предположить, что создать универсальный состав, высокоэффективный для всех семян, не представляется возможным.

В связи с тем, что гиббереллин стимулирует развитие семян значительно чаще других фитогормонов, нами проверено действие ССП-5 на различных сортах и культурах. Установлено, что в большинстве случаев этот препарат эффективен, но величина эффекта от его применения заметно варьируется.

Показано дальнейшее развитие имитационной модели EcoradOak_CS_FW сезон) ной динамики ¹³⁷Cs в компонентах экосистемы снытевой дубравы, в число которых теперь включены консументы 1-го и 2-го порядков. Моделируется перераспределение радиоцезия в полнозвенной пищевой сети лесной экосистемы типа почва—растительный покров—травоядные животные—хищники. Алгоритм, использованный в модели, позволяет учитывать влияние почвенных, метеорологических, фенологических и физиологических факторов на поведение радионуклида в этой сети и прогнозировать радиологические ситуации при различных условиях радиоактивных выпадений. Данные по загрязнению организма животных радиоцезием, полученные с помощью модели, лежат в основе расчета динамики внутренней дозовой нагрузки. Результаты моделирования могут быть использованы при нормировании лесохозяйственной продукции лиственного леса. Модель также применима для изучения перераспределения калия в трофической цепи экосистемы лиственного леса.