Серия 17. Почвоведение. 2023. № 1

Изучены почвы и растительный покров томболо — перемычек между материком и малыми островами на
побережьях Белого и Балтийского морей. Томболо характеризуются сложной динамикой осадконакопления,
в связи с чем почвы и связанный с ними растительный покров отличаются высоким уровнем неоднород-
ности. На объекте «Колежма» на побережье Белого моря формируются грунтово- и поверхностно-глеевые
маршевые почвы. Растительность соответствует маршевым лугам нижнего и среднего уровня, варьирует
в зависимости от засоления, уровня кислотности и гранулометрического состава почв. На объекте «Гакко-
во» на побережье Балтийского моря почвы характеризуются большей однородностью; в целом они имеют
песчаный гранулометрический состав. Влияние Балтийского моря на почвенный и растительный покров
существенно ниже, чем у Белого, в силу слабо выраженной приливно-отливной динамики Балтийского моря.

С ростом числа пожаров доля пирогенных почв России постоянно увеличивается. Задача исследования выявить насколько контрастные условия среды способны создавать лесные пожары и показать сценарии постпирогенного восстановления. В данном исследовании, проведенном в таежных территориях России: в Пинежском и Печоро-Илычском заповедниках на Европейской территории России (ЕТР) и в 200 км на юго-запад от г. Надым, в бассейне р. Сухой Полуй на севере Западной Сибири, рассмотрены измененные пожаром подзолы и подзолистые почвы. Использованы методы морфологического описания почв, анализ концентрации антракомассы (в данном исследовании концентрация антракомассы рассчитывалась как сумма углистых частиц более 0,5 мм) и комплекс химических методов. Показано, что некоторые пожары могут кардинально менять направленность процессов почвообразования, формируя особые почвы, характеризующиеся одним из следующих свойств: 1) потерей органического горизонта(ов); 2) потерей части минерального(ых) горизонтов; 3) началом первичного почвообразования в случае полной деградации почвенной толщи в результате пожара. Такие почвы нами предложено выделить в класс пирогенно-экстремальных почв зарождающегося направления «Географии и генезиса почв экстремальных условий». Показано, что на гарях могут соседствовать как слабо трансформированные полнопрофильные (параэкстремальные), так и сильно деградированные, фрагментарно стертые до породы почвы (ортоэкстремальные). Пирогенно-уязвимыми, в отношении почвообразования на гарях, предложено называть экосистемы, в которых сложились условия – обусловленные климатом, рельефом и неполным восстановлением подстилки после предыдущего пожара – предопределяющие значительное повреждение растительности в ходе горения и последующую эрозию почвенного покрова. Среди рассмотренных факторов выявлена преобладающая роль послепожарной эрозии на долговременное изменение направления почвообразования после пожара. Предложено понятие «очаговости» пожара и способ диагностирования его очага(ов) по концентрации антракомассы. Показана динамичность разных классов экстремальности на одной территории.

Проанализированы закономерности пространственной и временной изменчивости нормализированного относительного вегетационного индекса в окрестностях источника поступления в окружающую среду тяжелых металлов в зависимости от их концентрации в почвах. Анализом особых точек теоретического уравнения зависимости концентрации фотосинтетически активной биомассы от результирующей концентрации поллютантов в почве выявлена предельно допустимая концентрация тяжелых металлов в почве. Результаты ее определения в условиях, характерных для северной лесостепи при текущем уровне антропогенной нагрузки, по материалам MODIS составили 12,3, по Sentinel-2–12,5 мг/кг соответственно. Предложен способ обобщения макрокинетических закономерностей отклика живого на антропогенное воздействие. Результаты оценки экологических рисков показали, что вероятность превышения пороговой концентрации, установленной при обобщении макрокинетических закономерностей отклика на воздействие, составляет 74%.

На основе принятой в природоохранной практике пятиуровневой шкалы качества почвы и показателя ее состояния провели ранжирование качества почв и растительного покрова в окрестностях горно-обогатительного комбината (ГОКа). Ареалы одинаковой устойчивости почв и растительного покрова к действию загрязняющих веществ в зоне воздействия ГОКа нанесены на топографическую основу. В окрестностях ГОКа преобладают территории, относящиеся к I и II категориям качества почв, то есть характеризующиеся фоновым и переходным состоянием. Выделена природно-защитная зона предприятия и определены фоновые территории.

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.

Развивающаяся в последние годы практика применения изотопного анализа в археологических исследованиях, требует познания особенностей фракционирования изотопов в культурных слоях и погребенных почвах. Конструктивные свойства геоархеологических памятников обусловлены местным рельефом, климатом, растительностью, гидрологией ландшафтов, физическими и химическими свойствами почвообразующих и подстилающих пород, бытованием культур, и поэтому их изотопная подпись имеет сложный кумулятивный характер. Целью исследования стало изучение вариабельности изотопного состава углерода почв, пород и культурных слоев различных ландшафтных частей геоархеологических насыпей в разных природных зонах Русской равнины с позиций выявления общеклиматических трендов и вклада антропогенного фактора во фракционирования изотопов углерода. В качестве объектов исследования выбраны оборонительные валы Дмитровского Кремля (Московская область), Давыдовского городища (Тамбовская область), Водянского городища (Волгоградская область), некрополи археологических комплексов Жерено и Кветунь (Брянская область). Показано, что значительная вариабельность изотопного состава углерода характерна для почв и культурных слоев геоархеологических памятников разных природных зон и позволяет выявить этапы стабильного почвообразования на поверхности насыпей и этапы подсыпки сооружений. Изотопные отношения уменьшаются в гумусовых горизонтах дневных и погребенных почв. Увеличение изотопных отношений характерно для культурных слоев геоархеологических памятников во всех природных зонах и маркирует эпохи бытования культур, однако, механизмы этого процесса требуют дальнейших исследований. Несмотря на преимущественное распространение травяной растительности на дневной поверхности памятников, изотопная подпись погребенных почв отражает тип господствующей зональной растительности и через особенности типа фотосинтеза позволяет реконструировать особенности климата региона различных хроноэтапов существования объектов.

Проведено исследование пространственной изменчивости содержания фракции d>0,25 мм гранулометрического состава в пахотном горизонте дерново-подзолистой окультуренной почвы на площади 18 га. Почвы сформированы на покровных суглинках, подстилаемых моренными отложениями. Пробы отобраны из верхней (0–10 см) и нижней частей пахотного горизонта (10–20 см) по случайно-стратифицированной схеме. Суммарное количество проб равно 350 шт. Среднее содержание фракции составляет около 22%, коэффициент вариации 39–41%, распределения аппроксимируются логарифмически нормальным распределением. Коэффициент корреляции Спирмена между значениями на разных глубинах равен 0,87. Картограммы пространственного распределения строились методом ординарного кригинга с использованием сферической модели вариограммы. Показано, что предварительное цензурирование высоких значений выборки (квантиль 0,95) дает лучшие результаты при построении картограммы, нежели удаление линейного пространственного тренда и логарифмирование исходных данных. На угодье обнаруживаются пространственные структуры с пониженными и повышенными значениями, средние линейные размера которых равны около 100 м. Предположительно, они связаны с неоднородностью почвообразующих пород.

Дан сравнительный анализ методов исследования форм нахождения радионуклидов в почве, основанных на фракционировании их соединений, связанных с различными почвенными компонентами. Приводятся данные о физико-химической природе форм основных экологически значимых техногенных и естественных радионуклидов в почвах, загрязненных при испытании ядерного оружия, в результате аварий и инцидентов на радиационно-опасных объектах, добычи и переработки полезных ископаемых. Рассмотрено влияние на формы нахождения радионуклидов экологических факторов, таких как свойства радионуклида и почвы, тип радиоактивных выпадений и время с момента их поступления в почву. Показано, что экспериментальные данные о формах соединений радионуклидов служат теоретической основой для оценки и прогноза их подвижности в почве, доступности для растений и обоснования мер по реабилитации загрязненных почв.