Карпухин Михаил Михайлович

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^-.

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.

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.

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 период с 1978 по 2021 г. изучались параметры миграции и динамика распределения ¹³⁷Cs в пахотных и целинных почвах Тульской области. Выявлены идентичные закономерности распределения ¹³⁷Cs глобальных и аварийных чернобыльских выпадений в почвенном профиле выщелоченных черноземов. На пахотных угодьях проведение агротехнических мероприятий способствует равномерному распределению ¹³⁷Cs в пахотном слое почв. В ненарушенных почвенных горизонтах черноземных почв луговых фитоценозов наиболее активно процессы перераспределения радионуклидов в поверхностных слоях наблюдались в первый 10-летний период после выпадения, что способствовало выравниванию запасов ¹³⁷Cs в слоях 0–2 и 2–5 см и возрастанию их содержания в слое 5–10 см до более чем 30% к началу 2000 г. В настоящее время более 75% запаса ¹³⁷Cs в целинных черноземных почвах Тульской области сосредоточено в верхнем 15-см слое, а глубина проникновения радионуклидов достигает 40–45 см. 

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. 

Проведен анализ структурных особенностей органической компоненты растворенного органического вещества (РОВ) черноземов типичных (Protocalcic Chernozem), различающихся по преобладающему направлению трансформации почвенного органического вещества (накопление или минерализация), во взаимосвязи с минеральным составом. Для характеристики структурных особенностей органической компоненты использовали методы спектрометрии в ультрафиолетовом и видимом диапазоне и спектрофлуориметрию как подходы, наиболее часто применяемые для этих целей в связи с экспрессностью и доступностью инструментального оформления. Определение содержания минеральных элементов (Al, B, Ba, Ca, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Zn) было проведено методом оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Установлено, что для РОВ пахотных черноземов, где ведущим направлением трансформации является минерализация органического вещества, характерны повышенные значения показателей E2/E3, BIX и SUVA254, что указывает на меньшую молекулярную массу (ММ), больший вклад органического вещества микробного происхождения и ароматических структур в состав РОВ по сравнению с почвами, не вовлеченными в сельскохозяйственное использование. Анализ минеральной составляющей показал, что основными элементами РОВ являются Si и Ca. Вовлечение черноземов в сельскохозяйственное использование приводит к снижению содержания Ca и росту Si, Fe и Al, что отражает увеличение степени выветривания минеральной матрицы черноземов. Проведенный ранговый корреляционный анализ показал наличие значимых связей между структурными характеристиками РОВ (Е2/Е3, SUVA254, MM, BIX, T) и содержанием минеральных элементов (Ca, Al, Fe, Si), что свидетельствует о влиянии процессов выветривания на особенности формирования почвенного РОВ.

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.