Богатырев Лев Георгиевич

На основе детального исследования растительно-детритного покрова (РДП) сосновых экосистем Марийского Заволжья показано, что в зависимости от его генезиса в каждом типе леса формируется специфический гидротермический режим почв. Установлено, что наиболее высокой влагоемкостью обладает РДП сосняков лишайниково-мшистых по сравнению с сосняками лишайникового типа. Впервые на основании параметров РДП предложена шкала оценки скорости биологического круговорота. Ведущими показателями являются мощность РДП, содержание золы и гидролитическая кислотность.

Исследованы лесные подстилки некоторых хвойных и лиственных насаждений в пределах Ботанического сада МГУ им. М.В. Ломоносова. Установлено, что в лиственных насаждениях развиваются подстилки деструктивного типа, тогда как в хвойных - ферментативные и гумифицированные. Общие запасы подстилок колеблются в пределах от 500-800 в лиственных до 1000-5000 г/м² - в хвойных насаждениях. Мелколиственные насаждения характеризуются высокой скоростью круговорота, которая существенно снижается хвойных экосистемах. Впервые показано, что с увеличением доли листьев в подстилке возрастает общая скорость разложения наземного детрита, что подтверждает теорию «горячих точек» (hot points), предложенную в научной литературе.

Приведена сравнительная характеристика структурно-функциональной организации опада и подстилок в ходе естественного постагрогенного лесовосстановления в хроноряду экосистем 12, 40 и 100 лет. По мере увеличения возраста древостоя увеличиваются общие запасы и разнообразие типов подстилок, в опаде снижается доля легкоразлагаемых компонентов, их рН и зольность. Травяной напочвенный покров заменяется травяно-кустарничковым, что указывает на спад трофности экосистем. Свойства подстилки адекватно отражаются на составе напочвенного покрова. По мере восстановления древостоя происходит закономерное падение интенсивности разложения наземного детрита и скорости биологического круговорота. Пространственная дифференциация типов подстилки служит пусковым механизмом для последующей дивергенции органопрофилей почв.

Показана динамика высоты снежного покрова и его состав за период с 2013 по 2018 г. Для погодичной динамики характерно чередование высоких и низких величин. Ведущая роль в распределении снежного покрова принадлежит положению элементарного ландшафта в пределах геохимического. За годы исследования водный эквивалент снежного покрова характеризовался гидрокарбонатно-кальциевым составом. Содержание микрокомпонентов в целом одного порядка с приводимыми для южной тайги. Некоторое его превышение по отдельным компонентам по сравнению с мещерскими и байкальскими ландшафтами, принятыми за фон, связано с близостью изученной местности к магистральной дороге М-10 (Москва-Санкт-Петербург). Предполагается, что относительно повышенное содержание кальция в снеговой воде супераквального ландшафта связано с его возможным поступлением с поверхности лугово-болотных окарбоначенных почв, вскипающих с поверхности. Установлено, что сульфат-иону принадлежит ведущая роль при атмогеохимическом загрязнении.

Изучен состав водных вытяжек из почв, подстилок и наземного опада в зоне гнездовий серой цапли и фоновых участков в области распространения серых лесных почв под широколиственным лесом Тульского региона. Установлено, что деятельность птиц приводит к поступлению экскрементов, формированию специфических лесных подстилок, увеличению доли крупного древесного опада в процессе строительства гнезд. Показано, что верхние горизонты почвы, подстилка и опад в условиях гнездовий характеризуются повышенным содержанием таких макроэлементов, как кальций, калий и магний, среди микроэлементов - меди, цинка и стронция, а также анионов - NO₃^-, PO₄^3- и Cl^-.

Изучены особенности динамики морфологии и химических свойств лесной под  стилки в ходе постагрогенного лесовосстановления пашни в подзоне южной тайги.  Показана связь динамики строения подстилки с флористическим составом и эколого-ценотической структурой напочвенного покрова. Установлено увеличение запасов,  а также разнообразие строения и степени пространственного варьирования основных  морфологических показателей подстилки по мере возобновления древостоя. Подкисление и уменьшение ее зольности, снижение доли легкоразлагаемых фракций адекватно отражается на составе напочвенного покрова, в котором возрастает роль видов,  приспособленных к повышенной кислотности и низкому содержанию в субстрате элементов питания. После выхода ели в первый ярус пространственное распределение строения, запасов, мощности и фракционного состава подстилки определяется положением в тессере. В целом ход сукцессии, а также динамика морфологии и химических  свойств подстилки указывают на уменьшение скорости круговорота в биогеоценозе.  Экологические шкалы Элленберга, Ландольта, Цыганова и Раменского применительно к напочвенному покрову могут служить важным инструментом при анализе динамики лесной подстилки в лесных экосистемах.

В почвах, развивающихся в пределах монолитной почвенно-геохимической катены, изучен состав водорастворимых макро-, микроэлементов и анионов. Показано, что по мере возрастания гидроморфизма от элювиальных к аккумулятивным ландшафтам закономерно увеличивается содержание углерода и азота. Характер распределения водорастворимых форм макро$ и микроэлементов обусловлен и аккумулятивными процессами и особенностями элювиально-иллювиальной дифференциации почв. В краевых частях водораздельной депрессии сочетание элювиально-иллювиальной дифференциации и интенсивного латерального выноса в весенний период объясняет максимальную выщелоченность верхних горизонтов. Использование кластерного анализа подтверждает взаимосвязь в системе геохимической катены генетической принадлежности и положения почвы с составом водных вытяжек.

Изучен состав водных вытяжек почв, развивающихся в пределах гетеролитного геохимического ландшафта бассейна р. Клязьмы в ее верхнем течении. Основным фактором, который определяет содержание водорастворимых компонентов, является генезис и положение почвы в ряду элементарных ландшафтов. Специфика содержания водорастворимых макро- и микроэлементов в профиле почв вне зоны антропогенного влияния зависит от их элювиально-иллювиального строения. В условиях вышедшего из поемного режима супераквального ландшафта со сложным почвенным покровом особенности распределения водорастворимых компонентов в профиле обусловлены карбонатностью и близостью к поверхности почвенно грунтовых вод. Дополнительный фактор — подстилание почв торфяниками. Показано, что кальций относится к числу важнейших элементов, которые формируют специфику изучаемого гетеролитно го ландшафта. Различия состава водорастворимых компонентов для каждой из почв подтверждаются результатами кластерного анализа.

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

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.

В пределах ландшафтов верхнего течения р. Клязьмы изучен многолетний компонентный состав природных вод в системе: снеговые воды — почвенные растворы — почвенно-грунтовые воды — поверхностные воды. Установлено, что закономерное превышение содержания основных макро- и микроэлементов в почвенных растворах по сравнению со снеговыми водами на последующих этапах вначале сменяется увеличением концентрации компонентов в почвенно-грунтовых водах, с последующим снижением содержания в поверхностных водах — ручьях и речных водах. Показано, что относительно высокая подвижность натрия, магния, калия и кальция, а из анионов хлорид- и нитрат-ионов сопровождается существенным уменьшением подвижности элементов семейства железа, меди и цинка на переходе от почвенно-грунтовых вод к поверхностным водам. Это объясняет широкое распространение сегрегированных форм, представленных в виде ортштейнов в почвах полугидроморфных ландшафтов, вплоть до ортзандов, а в заболоченных условиях притеррасных понижений на границе с супераквальным ландшафтом — формирование типичных болотных руд. Таким образом, анализ состава природных вод и его изменения служит не только хорошим, но и необходимым инструментом для объяснения особенностей миграции элементов в системе «почвы — природные воды», и выявления механизма формирования почвенных новообразований.

В целях экологического мониторинга изучены особенности живого напочвенного покрова и лесных подстилок еловых насаждений в пределах г. Москвы. Использование экологических шкал Ниценко, Раменского, Элленберга и Ландольта позволили установить, что рудерализация напочвенного покрова является результатом последствий рекреации. Независимо от типа ельника отсутствие подлеска обусловливает увеличение освещённости и приводит к увеличению численности видов. Разнообразие экологических ниш является следствием умеренного вытаптывания, которое в большей степени характерно для межкроновых пространств. Повышенный балл трофности по Л.Г. Раменскому обусловлен повышенной засоренностью напочвенного покрова. Показано, что живой напочвенный покров характеризует разнообразие экосистем и уровень антропогенного воздействия на фитоценоз.

Подстилки городских еловых насаждений чувствительны к изменению условий функционирования и могут быть использованы в качестве объектов экологического мониторинга. Доступность изучения подстилок и простота оценки параметров позволяет в экспресс- режиме получать информацию о депонировании органического вещества в условиях антропогенного воздействия разной степени на урбоэкосистемы.

В еловых насаждениях, как условно эталонных, так и нарушенных, в системе тессер ствол-крона-окно закономерно происходит упрощение строения подстилок и снижение общих запасов органического вещества, что можно считать инвариантным процессом. Рекреационная нагрузка приводит к снижению запасов подстилок в 1,5 раза, а также к их перераспределению в пределах тессер в сторону увеличения в подкроновом пространстве до 85% от общего запаса в биогеоценозе и снижении в других зонах.

При выборе точек обследования в пределах насаждений следует признать   приоритетность приствольных и межкроновых пространств как объектов, наиболее чувствительных к изменению внешних условий. Зоны приствольных повышений в силу своего расположения испытывают минимальное влияние рекреации, отражая в большей мере изменения экологических условий функционирования, а для оценки влияния рекреации наиболее показательны зоны межкроновых пространств.

Для экологического мониторинга с точки зрения методических подходов предложены две группы показателей, характеризующих структурно-функциональную организацию подстилок. В параметры, характеризующие структурную организацию подстилок, включены общие запасы подстилок и запасы в подгоризонте L. Параметры, характеризующие особенности функционирования, включают в себя запасы и долю детрита и легкоразрушаемых компонентов, соотношение мощности и запасов подгоризонта L по отношению к подгоризонту F. Особенности долговременного пространственного функционирования характеризуются типологией подстилок в системе тессер: ствол-крона-окно.

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. 

Для условий ландшафтов верхнего течения р. Клязьма Солнечногорского района Московской области были исследованы высота и запасы снежного покрова, а также определен химический состав снега. Основой при рассмотрении компонентного состава снежного покрова послужила геохимическая систематика химических элементов по особенностям водной миграции и распространенности.

Данные по 23 точкам опробования снега интерполировались в программе SAGA GIS при помощи метода обратно взвешенных расстояний (IDW). На этой основе выделены зоны, отличающиеся по химическому составу снега. Одна из зон, приурочена к автомагистрали М-10 «Москва – Санкт-Петербург», тогда как вторая граничит с населенными пунктами. Зона, приближенная к автомагистрали, характеризуется повышенным содержанием в снежном покрове кальция, натрия, алюминия и хлорид-иона. Вторая зона, граничащая с населенными пунктами, отличается повышенным содержанием в снегу кальция, меди, марганца. Для третьей зоны установлены низкие концентрации компонентов в снегу, которые характерны для супераквального ландшафта в силу удаленности от источников загрязнения.

Изученные снежные воды по составу относятся к бикарбонатно-натриево-кальциево-хлоридному классу. Показано, что высота и запасы снежного покрова частично контролируются двумя факторами: типом элементарного ландшафта и типом экосистемы. На этом фоне пространственное распределение концентраций элементов и анионов в снегу преимущественно контролируется антропогенным фактором.