Серия 17. Почвоведение. 2025. № 2

Рассмотрены исторические и современные представления о залежных землях (залежах), причинах их возникновения и некоторых особенностях функционирования. Выделены основные стадии развития залежей с позиции последовательной смены растительности в возникающих после прекращения обработки почв агрофитоценозах. Проанализированы литературные данные и существующие подходы по оценке земельных площадей пахотных угодий, выведенных из сельскохозяйственного оборота. Рассмотрены перспективы использования залежных земель как в земледельческой отрасли сельскохозяйственного производства, так и в более широком экосистемном плане. Обращено внимание, что, так как разновозрастные залежи представляют собой хроноряды различных динамичных биогеоценозов с активно трансформирующимися растительным и почвенным компонентами, анализ постагрогенных растительных сукцессий на залежах позволяет оценивать скорость почвообразовательных и деградационных процессов, характеризующих снижение продуктивности почв с точки зрения сельскохозяйственного производства.

В обзоре рассмотрены основные достижения экотоксикокинетики как раздела экотоксикологии в исследовании закономерностей распространения, аккумуляции и трансформации экотоксикантов в окружающей среде и влияния этих процессов на проявление токсических эффектов в экосистемах. Показана роль экотоксикокинетики в разработке методов удаления токсикантов из экосистем с помощью биодеградации и биоаккумуляции и совершенствовании мониторинга загрязнения природных сред. Особое внимание уделено актуальным исследованиям поведения лекарственных средств, микропластиков и наночастиц в компонентах экосистем, анализу возникших проблем и подходам к их решению в рамках экотоксикокинетики.

В статье на примере опытного участка СПК «Бобрик» приводятся результаты исследования динамики изменения агрохимических показателей почв и изменения в структуре почвенного покрова в результате проведения гидротехнической мелиорации. Установлено, что за 40-летний период реакция среды почв изменилась от слабокислой рН_KCl 5,5–6,0 (68,8% площади исследуемого хозяйства (530 га)) до нейтральной (рН_KCl 7,0–7,5) и слабощелочной (рН_KCl 7,5–8,0), при оптимуме для песчаных почв в 5,5–5,8 рН_KCl. По содержанию подвижного калия в 2022 году, после многолетней химизации участка в целом были достигнуты значения оптимума, а по подвижному фосфору на 48,5% территории так и не был достигнут диапазон оптимальных значений. Анализ структуры почвенного покрова показал, что в ходе нарушения гидрологического режима (осушения) количество почвенных контуров возросло с 58 до 172, а средняя площадь элементарных почвенных ареалов (ЭПА) уменьшилась с 15,93 га до 6,34 га. На основании рассчитанных морфометрических коэффициентов структуры почвенного покрова (СПП) было установлено, что для восстановления и рационального использования исследуемого агроценоза только 146 га (13,9% от площади участка) эффективно использовать в качестве пашни. Учет агрохимического потенциала земель, рекомендуемых к выводу из сельскохозяйственного производства ввиду очень высокой неоднородности почвенного покрова, снижает их площадь с 72,5 га до 23,2 га за счет вовлечения элементарных участков с достаточными для лугового использования агрохимическими показателями.

Стабильность органического вещества почв рассматривается как результат соотношения содержания в нем энергии, потенциально доступной для микроорганизмов, и энергетического барьера на пути его разложения. Плотность энергии и энергия активации, определяющие стабильность органического вещества почвы (0–30 см), корней и подстилки для условий лесного и лугового ценозов в лесостепной зоне Восточной Сибири, были измерены методами термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Органическое вещество фракционировали на пулы в зависимости от их термической стабильности — лабильный, стабильный и устойчивый. Энергия активации термического разрушения устойчивого пула почвенного органического вещества в 2,8 раза выше, чем лабильного. В лесном ценозе на единицу термически устойчивого почвенного органического вещества содержится больше лабильного органического вещества, чем в луговом. Поэтому бóльшая биоэнергетическая доступность органического вещества почв в лесном ценозе обеспечивает более быстрый оборот углерода по сравнению с почвами лугового ценоза. В почвах под лесной растительностью формируется в 1,5 раза больший запас органического углерода по сравнению с почвами под луговым ценозом. Отношение плотности энергии к энергии активации, характеризующее потенциальную биоэнергетическую выгоду для микроорганизмов от разложения органических субстратов, может быть использовано для характеристики качества органического вещества как дополнение к широко применяемому для этого отношения C:N. Преобразование лесной подстилки и степного войлока в почвенное органическое вещество сопровождается снижением энергии активации окисления их органического вещества и увеличением плотности энергии. Выявленные процессы подчеркивают ведущую роль разложения и избирательной стабилизации продуктов микробного метаболизма при формировании органического вещества почвы.

В лабораторных условиях исследован отклик биологической активности и содержания лабильных форм биогенных элементов в торфах разного генезиса на изменение влажности последних. В работе использованы образцы торфяных почв северной и южной тайги (Тюменская и Московская область). Проведена серия манипуляционных экспериментов, в которых для разных типов торфа при разных уровнях влажности оценена динамика таких показателей, как базальное дыхание (БД), углерод микробной биомассы, содержание лабильного углерода и азота. Также проведена оценка влияния продолжительности и типа эксперимента на динамику свойств торфов. Установлено, что все исследованные торфяные образцы характеризуются широким диапазоном влажности, при котором наблюдается максимум биологической активности. В целом он находится в диапазоне от 20–30 до 80–90% полной влагоемкости (ПВ). В этом диапазоне не наблюдается значимой связи между влажностью и БД. В большинстве экспериментов достоверное снижение биологической активности отмечалось лишь в «экстремальных» диапазонах влажности — менее 20% и более 90% ПВ. Показано, что характер отклика на увлажнение индивидуален, определяется свойствами образца и мало зависит от типа пробоподготовки. В экспериментах и модельных расчетах предлагается использовать полученный коэффициент чувствительности к влажности — W₂₀, составляющий в диапазоне 40–80% ПВ для торфяных образцов разного генезиса величину 1,0–1,2. Долгосрочные варианты инкубационных экспериментов показали более выраженную реакцию на переувлажнение и достоверное снижение биологической активности при высоких значениях влажности (более 80% ПВ). Это может говорить об их лучшей применимости для решения задач моделирования поведения экосистем в случае изменения гидрологической ситуации.

Значимым фактором деградации газонного покрытия в городах выступает применение хлоридно-натриевых противогололедных реагентов (ПГР). Несмотря на глубокую изученность особенностей засоления городских почв, исследований, оценивающих влияние хлорида натрия на газонные травы, недостаточно. В данной работе оценивалась фитотоксичность наиболее распространенных трав, формирующих газоны г. Москвы: овсяницы красной (Festuca rubra L.), полевицы побегоносной (Agrostis stolonifera L.), райграса пастбищного (Lolium perenne L.), а также клевера белого (Trifolium repens L.), используя метод лабораторного фитотестирования. Растения экспонировались в течение семи дней на почвогрунтах с внесением хлорида натрия в концентрации 0,1%, 0,5% и 1,5% (вес.). Наблюдаемыми параметрами были «длина корней проростков», «длина стеблей проростков», а также «всхожесть семян». Изученные культуры характеризовались неодинаковой чувствительностью к солевому загрязнению почвогрунтов, а исследование показало важность одновременного анализа комплекса параметров роста и развития растений для принятия взвешенного решения о выборе оптимальных культур для озеленения города. Наибольшие различия фитотоксичности выявлены по параметру «длина корня» при высоких концентрациях ПГР (1,5%) и по параметру «всхожесть семян» — на всем диапазоне солевого загрязнения. В качестве алгоритма выбора оптимальных культур при солевом загрязнении почвогрунтов предлагается первым шагом анализировать результаты оценки фитотоксичности, установленные по всхожести, выбирая растения с минимальным ингибированием этого параметра. Далее среди них выбирать те, которые одновременно показали наименьшую фитотоксичность по длине корня и длине стебля. По итогам исследования можно рекомендовать полевицу побегоносную как универсальную солеустойчивую культуру, а также райграс пастбищный при концентрации хлорида натрия 0,1% и 0,5%.

Использование методов многомерной статистики в почвоведении позволяет упростить интерпретацию результатов и определить наиболее важные параметры для характеристики происходящих в почве процессов. На основании анализа главных компонент был проведен анализ структурных характеристик и химических свойств чернозема миграционно-сегрегационного (Calcic Chernozem) на водоразделе, агрочерноземов миграционно-сегрегационных на пологом склоне юго-восточной экспозиции и стратозема темногумусового. На основании распределения агрофизических и агрохимических показателей черноземов в пространстве главных компонент (ГК) были выделены четыре ГК. Первая ГК отражает связь между агрофизическими и агрохимическими свойствами почвы, выявляющую зависимость между микроагрегатами, с одной стороны, и органическим углеродом и макроэлементами, с другой. Вторая ГК характеризует соотношение воздушно-сухих и водоустойчивых агрегатов разного размера. Генетические горизонты чернозема водораздела расположены относительно компактно и близко к осям системы координат, что указывает на общие или схожие агрофизические и агрохимические свойства почвы. Горизонты стратозема занимают в системе координат крайние позиции относительно осей координат, что подтверждает значительную разницу в свойствах поверхностных и нижних горизонтов. В нижних горизонтах почвообразовательные процессы протекают значительно слабее, в силу чего они располагаются в области отрицательных значений по ГК1 и ГК2, тогда как поверхностные горизонты расположены в области отрицательных значений только по ГК1. В пахотных и подпахотных горизонтах агрочерноземов значения химических показателей изменяются в широких пределах, и это указывает на интенсивность биохимических процессов, а в нижних слоях с глубины 60–80 см изменения незначительны. Третья и четвертая ГК выявляют слабую связь между физическими и химическими свойствами почвы и рН.

В настоящее время остается малоизученной физиолого-биохимическая роль отдельных групп фенолов, обладающих высокой биологической активностью. Так, функции гидроксикоричных кислот, относящихся к фенилпропаноидам, в частности кофейной кислоты (КК), остаются невыясненными. Цель данной работы заключалась в изучении действия разных концентраций кофейной кислоты на продуктивность ячменя, как в обычных условиях развития растений, так и в присутствии солевого стресса.

В серии лабораторных экспериментов с использованием разных тест-культур и в вегетационном опыте на растениях ярового ячменя Hordeum vulgare L. исследовалось влияние кофейной кислоты. Активность разных концентраций кофейной кислоты устанавливали с использованием нескольких методических подходов по фитотестированию: экспресс-методом в чашках Петри; в пластиковых плоских планшетах апликатным способом; в условиях выращивания растений в водных растворах.

Вегетационный опыт проводили на серой лесной среднесуглинистой почве с содержанием органического вещества 3,8%, слабокислой реакцией почвенного раствора (рН_KCl 5,9). В фазу 2–3-го листа вносили раствор NaCl (7,5 г×л^-1). Обработку растений кофейной кислотой проводили фолиарно один раз в фазу кущения. В опыте использовали три концентрации КК, обоснованные по результатам предварительных лабораторных экспериментов: 100 мкМ, 50 мкМ, 10 мкМ. В фазу начала трубкования провели уборку растений ячменя и отбор почвенных образцов.

В сухой растительной массе определяли содержание калия, натрия и общего азота. Для определения содержания хлорофилла и каротиноидов использовали флаговый лист растений.

По результатам фитотестирования установлено, что для однодольных и двудольных культур наибольшая активность проявляется в вариантах с наименьшими концентрациями КК (10 и 25 мкМ), тогда как более высокие концентрации КК (50 и 100 мкМ) существенно снижают все тест-показатели.

По результатам вегетационного опыта установлено, что кофейная кислота не оказывает достоверного стимулирующего действия. В условиях хлоридно-натриевого засоления с использованием высокой концентрации КК (100 мкМ) происходит незначительное повышение в почве содержания калия. Содержание же натрия в почве с применением КК снизилось. Общая масса растений в расчете на сосуд достоверно снизилась с 1,25 г/сосуд до 0,25 г/сосуд. Без применения NaCl обработка КК не сопровождалась достоверными изменениями массы ячменя.

Содержание хлорофилла (а и b) в контрольном варианте составляло 1,83 мг×г^–1 сырого материала, что существенно ниже по сравнению с его содержанием в листьях растений, которые были обработаны КК: 4,03 (концентрация КК 10 мкМ) и 3,14 мг×г^–1 (концентрация КК 100 мкМ). На фоне внесения NaCl содержание суммы хлорофиллов a и b снизилось до 0,24 мг×г^–1, а при обработке растений КК увеличилось: с 1,26 при низкой концентрации КК (10 мкМ) до 2,14 мг×г^–1 при высокой (100 мкМ). Использование КК в концентрации 100 мкМ сопровождалось увеличением содержания каротиноидов от 0,22 до 0,61 и на фоне засоления от 0,16 до 0,38 мг×г^–1.

Таким образом, использование КК для обработки растений в период вегетации в условиях засоления влияет на изменение физиологических процессов, что способствует их адаптации.

В статье рассматривается возможность фолиарного применения аминокислот (пролина, метионина и лизина) для регуляции метаболизма и формирования стрессоустойчивости у растений, аккумулирующих высокие концентрации кадмия. В вегетационном опыте был создан стресс, обусловленный внесением Cd(NO₃)₂ в почву в дозе 10 мг·кг^–1, что соответствует 5 ОДК. В эксперименте с ячменем сорта «Нур» изучали влияние данных аминокислот на биомассу, содержание общего и белкового азота в листьях, содержание пигментов и их соотношений (Хл a, Хл b, каротиноиды, Хл a / Хл b). Фолиарная обработка растений аминокислотами в отсутствие стрессовых условий сопровождалась достоверным увеличением надземной биомассы. Применение пролина, метионина и лизина в условиях высоких концентраций Cd в почве положительно влияло на биомассу ячменя и формирование колоса. Все растения, обработанные пролином и лизином, демонстрировали увеличение содержания всех пигментов (Хл a, Хл b, каротиноиды) по сравнению с контролем. Метионин положительно влиял на содержание хлорофиллов именно в условиях стресса, тогда как в отсутствие стресса содержание пигментов в растении снижалось. В ячмене, выращенном на почвах, загрязненных Cd, наблюдалось снижение содержания как общего, так и белкового азота, что свидетельствовало о нарушении метаболических процессов в условиях стресса. Фолиарная обработка аминокислотами в фазу кущения сопровождается увеличением содержания азота как в условиях стресса, так и при его отсутствии.

В статье изучено влияние традиционных минеральных удобрений (аммиачной селитры, суперфосфата и хлорида калия), комплексных минеральных удобрений пролонгированного действия (Osmocote, Ruscote), а также фолиарной обработки растений лигногуматом на содержание макроэлементов (азот, фосфор, калий), фенольных соединений и антоцианов в листьях и ягодах черной смородины (Ribes nigrum L.) в течение трехлетнего опыта. Исследования проводили на одногодичных саженцах на почвенном стационаре Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Максимальное содержание фенольных соединений отмечено в листьях при использовании традиционных удобрений — 1,9 мг-экв. галловой кислоты⋅г⁻¹ и Osmocote — 1,8 мг-экв. галловой кислоты⋅г⁻¹ в 2022 г. Наибольшая концентрация фенолов в ягодах — 1,1 мг-экв. галловой кислоты⋅г⁻¹ – зафиксирована в 2023 г. при применении традиционных удобрений. Установлены положительные корреляции между содержанием макроэлементов в почве и растениях и содержанием фенолов в растительных образцах, что указывает на значимость азота и фосфора в их биосинтезе. Выявлено, что внесение удобрений снижает концентрацию антоцианов в ягодах с 196,7–219,5 до 105,3–111,7 мг×кг⁻¹ сырой массы, что может быть связано с уменьшением стрессовой нагрузки на растения. Наибольшее накопление азота в листьях и ягодах наблюдалось при использовании традиционных удобрений — 1,9 и 1,1%, соответственно, а фосфора и калия — при применении удобрения Ruscote (фосфора — 0,8 и 0,6%, соответственно, калия — 1,2 и 0,7%, соответственно). Полученные данные подчеркивают важность оптимизации удобрений для повышения питательной ценности и антиоксидантного потенциала черной смородины.

Проведен лабораторный эксперимент по сорбции 2,4-Д на бентоните в Na-Ca-форме и на бентоните, модифицированном гексадецилтриметиламмонием бромидом (HDTMA-Br), в количестве, эквивалентном емкости катионного обмена монтмориллонита, доминирующего в минеральном составе бентонита. Установлено, что гидрофобизированный алкиламмонийными катионами бентонит сорбировал в 4,5 раза больше 2,4-Д, чем немодифицированный бентонит. Органобентонит проявил большее сродство к 2,4-Д, чем Na-Ca-бентонит. В исследованном диапазоне равновесных значений рН от 4 до 6 сорбционные центры гидрофобизированной поверхности органобентонита характеризуются энергетической однородностью по отношению к молекулам 2,4-Д (параметр n в уравнении Фрейндлиха ≈ 0,8), а основным механизмом сорбции 2,4-Д в изученном диапазоне рН являются гидрофобные взаимодействия. Возможность использования HDTMA-бентонита в целях уменьшения подвижности 2,4-Д в почвах и в ландшафтах, а также для создания новых препаративных форм пестицидов, может быть рассмотрена только после исследования токсичных свойств органоглины для нецелевых групп организмов.