Статьи

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.

По мере зарастания бывших сенокосов южной тайги, еще до формирования сомкнутого древостоя, уменьшается биомасса травяного яруса. В верхней части профиля происходит увеличение актуальной кислотности, что адекватно отражается видами живого напочвенного покрова. Более четкий тренд выявлен для легких почв. Содержание и запасы органического углерода в почве сенокосного луга, где покос предварялся многолетним выпасом скота, довольно высоки по сравнению с сенокосами без предварительного выпаса. После прекращения выкашивания происходит уменьшение содержания и запасов органического углерода в верхней части профиля, т.е. многолетний выпас скота замедляет постагрогенную динамику органического вещества почвы суходольного луга.

Выделены и рассмотрены два направления цифровизации почвенных исследований: первое — создание и пополнение баз данных с диапазоном спектров отражения в области 300—2500 нм для верхних почвенных горизонтов и их основных физико-химических свойств; второе — аккумуляция и актуализация уже опубликованных спектров в видимом диапазоне (400—750 нм) с включением данных по горизонтам всего почвенного профиля, позволяющее проводить диагностику как их самих, так и профиля в целом. Во втором направлении широко используются показатели цвета почв как в международных оптических системах, так и в специфических для России системах показателей. Алгоритмы можно использовать для изучения глобальных почвенных библиотек, находящихся в открытом доступе

Изучены свойства подстилок городских зеленых насаждений территории МГУ им. М.В. Ломоносова на примере березняков, липняков и кленовников с разным характером ухода: периодическим, регулярным, а также без него. Упрощение вертикальной структуры для зеленых насаждений в результате ухода приводит к увеличению открытого пространства внутри насаждений, изменяя степень затененности и ветровой режим. Для насаждений парковых территорий особая роль в формировании подстилок принадлежит латеральному ветровому переносу и периодичности ухода, что влияет на запасы и фракционный состав подстилок. Уход за насаждениями в городских экосистемах, сопровождающийся изъятием от 50 до 90% запасов подстилки, снижает ре) циркуляцию органического вещества и зольных элементов

Охарактеризованы симбиотические отношения на примере везикулярно-арбускулярной микоризы Trifolium pratense L. на разных сукцессионных стадиях лугового фитоценоза. Показано, что функциональный потенциал симбиоза меняется в ходе сукцессии и в полной мере раскрывается в условиях климаксного ненарушенного сообщества. Продемонстрирована принципиальная возможность биологической диагностики состояния фитоценоза с помощью дискриминантного анализа по показателям индивидуального бобового растения с учетом симбиотического потенциала.

В условиях модельного вегетационного эксперимента (30 сут) изучены отклики микробных сообществ агродерново-подзолистых почв (Чашниково, Московская обл.) с разным содержанием органического углерода (3,86 и 1,30%) на полиметаллическое загрязнение тяжелыми металлами (Си — 660, Zn — 1100, Pb — 650 мг/кг), обработку биоуглем (5%) и лигногуматом (0,25%). Методами классического посева на агар Чапека и анализа липидных профилей почв методом газовой хроматографии — массспектрометрии дана оценка различий по численности КОЕ, биомассе грибов и бактерий, разнообразию культивируемых грибов в сильнои слабогумусированной почвах. Значимого влияния тяжелых металлов на численность колониеобразующих единиц грибов и число культурально-морфологических типов колоний не выявлено, но отмечено снижение биомассы грибов и бактерий в обеих почвах, причем в слабогумусированной оно выражено в значительно большей степени. Кроме того, под действием тяжелых металлов проявились различия между почвами в разной степени увеличения доли резистентных меланизированных форм грибов: в сильногумусированной — на 25,9, в слабогумусированной — на 45,7%. Рассмотрены чувствительность и универсальная значимость структурных показателей как индикаторов стабильности микробных комплексов при химическом загрязнении почв разной гумусированности: к наиболее чувствительным и надежным индикаторам отнесена оценка доли меланизированных грибов

*Работа выполнена при поддержке РФФИ грант № 18-04-01218а «Исследование особенностей распределения встречаемости видов микромицетов для оценки экологического риска загрязненных почв до и после ремедиации» и имеет грант для поддержки ведущих научных школ «Депозитарий живых систем Московского университета» в рамках Программы развития МГУ им. М.В. Ломоносова.