Серия 17. Почвоведение. 2022. № 2

Статья представляет собой обзор научных проблем, над которыми работал заслуженный профессор Московского университета имени М. В. Ломоносова Евгений Анатольевич Дмитриев. Основная область его научных интересов — генезис данных о почве и почвенном покрове. Многочисленные работы, выполненные под его руководством, убедительно демонстрируют влияние способов опробования на результаты определения тех или иных почвенных свойств. Как следствие, это влияние распространяется и на конечные выводы, которые могут быть сильно искажены, если не учитывается способ их получения. В попытке решения вопроса «что классифицирует классификация почв» он разрабатывает концепцию «единичной почвы», которая может быть объектом почвенных классификаций, не являясь непосредственно почвенным телом, однако выступая как своеобразный стандартный элемент опробования. Теоретическое осмысление влияния неоднородности почв и почвенного покрова на всех иерархических уровнях на особенности ее «жизни» — тематика второй части научного наследия Е. А. Дмитриева. Он выдвигает концепцию почвенных тел разной мерности, показывает влияние размерностных характеристик этих тел на почвенные режимы и в частности, на водный режим, обсуждает необходимость исследований почвенных режимов на разных иерархических уровнях. Для фиксации неоднородности почвы и почвенного покрова им были разработаны специальные приспособления, при помощи которых проводились исследования на дерново-подзолистых, серых лесных, каштановых и др. почвах.

Рассмотрено современное состояние проблемы картографирования почв. Показано, что произошло замещение методов традиционного картографирования почв на методы, базирующиеся на использовании геоинформационных, цифровых и дистанционных технологий. Обозначены основные преимущества и недостатки используемых в настоящее время методов картографирования почв и продемонстрирована необходимость учета уровня генерализации информации, используемой в процессе картографирования почв. Продемонстрированы ошибки, возникающие на почвенных картах, при использовании при картографировании пространственных цифровых данных с разным уровнем генерализации информации. Выявлены наиболее перспективные направления в развитии методов картографирования почв. Показано, что основное внимание должно быть уделено развитию методов цифровой почвенной картографии на основе данных дистанционного зондирования, которые содержат наиболее точную информацию о пространственном варьировании свойств поверхностного горизонта почв. Использование методов пространственной интерполяции данных точечных наблюдений априори являются менее точными по сравнению с использованием данных дистанционного зондирования. Однако последние позволяют уверенно детектировать лишь отдельные свойства почв, а не всех, необходимых для создания почвенных карт в традиционном виде. Более перспективным является картографирование отдельных свойств почв. Карты отдельных свойств почв более удобны и точны для оценки почвенных и земельных ресурсов. В перспективе они могут быть использованы в качестве основы и для воссоздания почвенных выделов в терминах принятой классификации почв и для создания почвенных карт в традиционном виде с отражением на них классификационных выделов почв. Но для полного перехода к картографированию свойств почв, необходимо углубление исследований в области изучения спектральной отражательной способности поверхности почв и ее связи со свойствами нижележащих почвенных горизонтов.

Почвы играют важную роль в биогеохимическом цикле углерода, поэтому в связи с проблемой глобального изменения климата особое внимание уделяется оценке запасов органического вещества почв. Уровень накопления органического вещества в почве является результатом взаимодействия множества факторов, регулирующих процессы его превращений, что обусловливает его высокую вариабельность. Степень и характер увлажнения почв относятся к ведущим факторам, которые влияют на запасы в них органического углерода. Фактор влажности приобретает особое значение при оценке запасов органического углерода в почвах лесной зоны, на которую приходится 70% площади всех полугидроморфных почв России. По литературным данным запасы органического углерода в полугидроморфных почвах лесных экосистем в несколько раз выше, чем в автоморфных. Для уточнения региональных оценок запасов органического углерода почв лесной зоны России необходима информация о вариабельности запасов углерода в почвах лесных экосистем и ее зависимости от условий увлажнения. В настоящей работе обсуждаются результаты сравнительного статистического анализа вариабельности запасов органического углерода в автоморфных и полугидроморфных почвах лесных экосистем. Для оценки запасов почвенного углерода и расчета количественных показателей их вариабельности была использована информация из двух источников: базы данных «Органический углерод почв лесных экосистем европейской территории России» и почвенно-географической базы данных России. Сведения были собраны в единый массив, который включает характеристики 289 разрезов почв лесных экосистем. Из них 201 разрез характеризует автоморфные почвы и 88 разрезов — полугидроморфные почвы. Результаты статистического анализа показали, что запасы органического углерода (с учетом подстилки) в полугидроморфных почвах характеризуются более высокой вариабельностью, о чем свидетельствуют больший диапазон изменений, межквартильный размах и более высокие значения стандартного отклонения. Наибольший вклад в общую вариабельность запасов углерода почв лесных экосистем при повышенном увлажнении вносит органогенный горизонт. Для него значения стандартного отклонения в полугидроморфных почвах в 7 раз выше, чем в автоморфных, тогда как различия для метровой толщи четырехкратные.

Дыхание почв, представляющее один из главных потоков в глобальном цикле углерода, характеризуется высокой временной и пространственной вариабельностью. На основе непрерывного 21-летнего круглогодичного мониторинга за дыханием дерново-слабоподзолистой почвы в лесном и луговом ценозах южно-таежной зоны выполнена оценка временной изменчивости потоков СО₂ из почв на разных временных уровнях: месячном, сезонном и годовом. Наиболее значительно варьировали величины суммарного дыхания дерново-слабоподзолистой почвы на месячном уровне осреднения (коэффициент вариации, CV = 25–56%), в то время как вариабельность величины годового дыхания почв составляла 20–22%. На сезонном уровне осреднения самой высокой изменчивостью (CV = 39–44%) отличались зимние потоки СО₂ из почв, а вариабельность величины суммарного дыхания почв в остальные календарные сезоны года была близкой и составляла 26–29%. Влияние типа ценоза на суммарные потоки СО₂ из дерново-слабоподзолистой почвы было статистически достоверным как на годовом уровне осреднения, так и во все календарные сезоны года, кроме зимнего. Наиболее стабильным показателем, характеризующим особенности сезонного распределения потоков СО₂ в пределах года, является вклад теплого периода (май — октябрь) в суммарный годовой поток СО₂ из почв, в среднем составляющий 73‒77%. Его вариабельность за 21 год наблюдений в обоих ценозах составила 8%. Можно рекомендовать использовать этот показатель для получения оценок годовых потоков СО₂ из почв на основе полевых определений, проведенных только в пределах вегетационного сезона. Проведенные численные эксперименты показали, что проведение непрерывных наблюдений за эмиссией СО₂ из почв в течение пяти последовательных лет снижает вариабельность годовых и сезонных потоков СО₂ из почв более, чем в 2 раза по сравнению с одно- или двухлетним периодом измерений. Это позволяет рекомендовать пятилетний период наблюдений в качестве оптимального необходимого для получения адекватных значений годовых и сезонных потоков СО₂ из почв южно-таежной зоны.

Задача — представить статистический портрет почвенного покрова хозяйства в виде серии кумулятивных распределений глубины и мощности почвенных горизонтов. Объект — светло-каштановые солонцовые комплексы опытной станции «Орошаемая», расположенной на юго-западной оконечности Приволжской возвышенности возле Волго-Донского канала. Большинство эмпирических распределений глубины разных горизонтов и признаков почв общей выборки (182 профиля) не могут быть аппроксимированы нормальным распределением, используются непараметрические показатели. Разделение почв на группы по субстантивным признакам не гарантирует получение выборок с нормальным распределением по всем морфометрическим показателям. Типы (агрокаштановые и агроземы аккумулятивно-карбонатные) и подтипы (солонцеватые, несолонцеватые, стратифицированные) по классификации почв России в пределах опытной станции заметно различаются по совокупности статистических распределений глубины горизонтов. Большинство различий связаны с изменением карбонатного профиля, развитием вторичного осолонцевания, образованием корки, локального поверхностного смыва и намыва пахотного горизонта.

Исследованы закономерности пространственного распределения ¹³⁷Cs в почвах лесных экосистем на микроландшафтном уровне в полугиромофных и гидроморфных условиях в Брянской области при разных шагах измерения радиометром «КОРАД» (10, 2 и 0,5 м). Проведено сравнение вариабельности запаса ¹³⁷Cs, полученное двумя устройствами, различающихся размером площади опробования (РПО): 1) радиометр КОРАД 2) пробоотборник D=14 см. Отношение вариабельности распределения ¹³⁷Cs, полученное методом полевой радиометрии, к данным пробоотбора (CV_корад/CV_проба) для всей площадки равно 0,63; для гидроморфной части, B1-1 — 0,87. Для всей площадки (размер 50x80 м) выявлена слабая пространственная корреляция (эффект «шахматной» доски), для локального гидроморфного участка сильная корреляция с рангом 1,4 м. 

В статье рассматриваются современные подходы к учету неоднородности свойств почвенного покрова. На опытном поле при помощи спутниковых снимков и разновременных индексов EVI были выявлены микроучастки площадью от 50 до 200 м2 с существенно пониженным уровнем эффективного плодородия, вплоть до гибели растений, была разработана сет ка отбора проб. В ходе проведения полевых работ было отобрано 214 проб с дальнейшим определением pHKCl с шагом пробоотбора 70 м и 53 дополнительные пробы в «проблемных зонах». При помощи методов геостатистики были получены данные о пространственной неоднородности pHKCl, оценены степень пространственной зависимости и точность полученных результатов при различных выборках (107, 216 и 268 точек). Дальнейшее использование стохастического моделирования позволило построить высокоточные картограммы кислотности с разрешением 4 и 12 м на пиксель, при этом показана нецелесообразность использования ячеек, размер которых меньше, чем ширина обрабатывающего устройства, для прикладных задач точного земледелия. Были получены вероятностно-статистические модели, представленные картограммами среднеквадратических ошибок и вероятности явления. Полученные картограммы показали наличие очень сильнокислых почв в «проблемных зонах», высокая кислотность, также обуславливает налич ие соединений токсичного алюминия и экстремально низкие содержания кальция и магния, что в совокупности приводит к отсутствию всходов культурной растительности. Детальный учет кислотности почв по сравнению с классическим агрохимическим обследованием обеспечил экономию на внесении СаСО3 2807 долларов США, что позволило полностью компенсировать дополнительные затраты на отбор и анализ большего количества образцов