Почвоведение

Показаны особенности строения и свойств органогенных горизонтов (ОГ) в разных типах леса в подзоне средней тайги (Государственный природный заказник “Ляльский”, Княжпогостский район, Республика Коми). Изучены морфологические свойства ОГ (мощность, строение, фракционный состав), определены некоторые химические характеристики (кислотность, содержание С и N), оценены запасы ОГ и С_орг в них. В программе Statistica 13.3 рассчитаны медианные значения для всех показателей. Показано, что ОГ автоморфных ельников и мелколиственных лесов аккумулятивных и трансаккумулятивных позиций рельефа при близком подстилании карбонатсодержащих подстилающих пород характеризуются сравнительно высокими значениями рН_Н2О (5.3–6.4), содержанием N_общ (1.4–1.5%), соотношением C : N в пределах 25–29, повышенным содержанием микробной биомассы (20–24 мг С/г почвы в верхнем слое ОГ). Это способствует активизации процессов разложения и формированию в автоморфных условиях сравнительно маломощных (5–6 см) ОГ с запасами 37–54 т/га. Увеличение влажности в ельниках сфагновых способствует консервации органического вещества и увеличению мощности ОГ до 15 см с общими запасами до 85 т/га. ОГ почв сосняков зеленомошных и сфагновых, произрастающих в элювиальных позициях рельефа при мощности песчаных отложений до 100 см и более, имеют кислую реакцию среды (pH_Н2_О 4.2–4.5), низкое содержание N_общ (0.9–1.0%). Они характеризуются широким отношением C : N (44–48) и невысоким содержанием микробной биомассы (13–14 мг С/г почвы в верхнем слое ОГ). Неблагоприятные условия разложения органического вещества в сосняках зеленомошных способствует формированию ОГ мощностью до 12 см с общими запасами 73 т/га. Избыточная влажность ОГ сосняков сфагновых определяет увеличение их мощности до 17 см и запасов – до 105 т/га. В автоморфных лесах мощность и запасы ОГ уменьшаются в ряду пристволовое повышение → подкроновое пространство → межкроновое пространство. В сфагновых типах леса отмечена обратная тенденция, что может быть связано с дренирующим воздействием деревьев. В ОГ лесов в автоморфных условиях аккумулируется 15–40% от общих запасов углерода в метровой толще почвенных профилей, в полугидроморфных – до 49%.

Представлены результаты цифрового картографирования мощности гумусового горизонта почв Предсалаирья c использованием алгоритма машинного обучения Random Forest, реализованного на облачной онлайн-платформе Google Earth Engine. В процессе картографирования мощности гумусового горизонта почв использовано 92 предиктора, характеризующих факторы почвообразования (климат, рельеф, растительность, пространственное положение, почвенные свойства). Обучающий (n = 718) и валидационный (n = 130) наборы данных созданы по архивным материалам ЗапсибНИИгипрозем (1974–1984 гг.). Получены следующие показатели эффективности моделирования мощности гумусового горизонта алгоритмом RF: коэффициент детерминации по обучающему набору данных R²_ОНД = 0.88; коэффициент детерминации по валидационному набору данных R²_ВНД = 0.12; корень из среднеквадратической ошибки RMSE_ВНД = 9.7 см; средняя абсолютная процентная ошибка MAPE_ВНД = 24.3%; средняя абсолютная ошибка MAE_ВНД = 6.5 см. Точность моделирования, оцененная по средней абсолютной процентной ошибке (MAPE_ВНД), удовлетворительная. По фактическим данным мощность гумусового горизонта почв варьировала в пределах 3–110 см. Выявлена тенденция уменьшения мощности гумусового горизонта почв исследуемого района с северо-запада на юго-восток. Наименьшее (3 см) среднее значение мощности характерно для солонцов лугово-черноземных корковых (Salic Solonetz), а наибольшее (61 см) – для луговых обычных почв (Haplic Gleysols).

В результате проведенных исследований оценена эмиссия СО₂ из почв экосистем южной тундры северо-востока Русской равнины на примере окрестностей Воркуты. Почвенный покров исследованного участка представлен торфяно-криоземами (Histic Turbic Cryosol), торфяно-глееземами (Histic Reductaquic Glacic Cryosol), глееземами криометаморфическими мерзлотными (Reductaquic Glacic Cryosol), глееземами мерзлотными (Reductaquic Glacic Cryosol). Нетипично высокие значения эмиссии СО₂ из почв (2.13 ± 0.13 г С/(м² сут)) в большей мере обусловлены погодой вегетационного периода 2022 г.: высокой температурой воздуха и малым количеством осадков. 60% вариабельности величины эмиссии обусловлено содержанием углерода микробной биомассы и экстрагируемого углерода почв, температурой и влажностью почвы. Выявлено высокое пространственное варьирование содержания экстрагируемого углерода и углерода микробной биомассы и параметров гидротермического режима почв. Почвы характеризовались невысокими значениями содержания экстрагируемого органического углерода и углерода микробной биомассы почвы (224 ± 18 и 873 ± 73 мг С/кг почвы соответственно). Мощность органогенного горизонта почв обусловливает 72% вариабельности содержания углерода микробной биомассы и 79% вариабельности содержания экстрагируемого углерода. Систематическим измерениям эмиссии СО₂ из почв тундровых экосистем северо-востока Русской равнины должно быть уделено особое внимание, так как это повысит точность оценки глобальных потоков парниковых газов.

Современное глобальное потепление стало одной из самых острых экологических проблем, представляющей значительную угрозу для экосистем, экономики и обществ во всем мире. В 2021 г., признанном аномально жарким и засушливым, на Лено-Вилюйском водоразделе в результате крупных ландшафтных пожаров было уничтожено около 1.4 млн га лесных массивов, что привело к значительным изменениям на всех уровнях биотопов, включая заметные трансформации физико-химических свойств и гидротермических режимов почв, что оказывает долгосрочное влияние на экосистему. В результате проведенных комплексных исследований классическими методами почвоведения в сочетании с геофизическими методами на территории Центральной Якутии на мониторинговых участках сосновых и лиственничных лесов на древнеаллювиальных суглинисто-песчаных почвах после крупных лесных пожаров установлено появление надмерзлотных таликов глубиной более 20 м и отмечено отсутствие смыкания сезонно-мерзлого слоя и многолетнемерзлых пород в холодный период года. Впервые показано, что на охваченных этим явлением локальных зонах почвы, ранее имевшие мерзлотный тип температурного режима, стали почвами с длительно-сезоннопромерзающим типом температурного режима.

Исследована биологическая активность почв солонцового комплекса при смене солонца светлого коркового (Haplic Solonetz) каштановой несолонецеватой почвой (Kastanozem). Объекты исследования расположены на естественных пастбищах в сухостепной зоне на северном макросклоне Сальско-Манычской гряды. Микробную биомассу оценивали по содержанию фосфолипидов (ФЛ) почвенных микроорганизмов. Активность ферментов определяли с использованием флуорогенно-меченных субстратов. Микробная биомасса уменьшалась вглубь профилей исследованных почв и была наибольшей в верхнем слое солонца коркового, приуроченного к микрозападине эрозионной природы. В более мощных верхних слоях других почв микробная биомасса была вдвое меньше. В каштановой почве доминировала активность фосфатаз; в солонцах с глубиной возрастала роль лейцинаминопептидазы и арилсульфатазы. По биологической активности верхний горизонт солонца светлого (коркового) был наиболее близок верхнему горизонту каштановой почвы и отличался от других солонцов. В солонцовых горизонтах проявлялась активность пула внеклеточных форм ферментов. По комплексу биологических показателей резко выделялась почва переходной области от солонцов к каштановым почвам. Оценку влияния интенсивности солонцового процесса на биологическую активность почв предложено выражать в виде коэффициентов биологической дифференциации профиля, показывающих соотношение биологических показателей в иллювиальном и элювиальном горизонтах. По этому показателю с интенсивностью солонцового процесса тесно связаны активность лейцинаминопептидазы и арилсульфатазы, а также численность КОЕ целлюлозолитических грибов.

На настоящий момент отмечается недостаток данных об изменении элементного состава компонентов агроценозов, находящихся под воздействием средств химизации, в течение вегетационного сезона. Цель работы – оценка изменений элементного состава системы почва–растение в различные периоды вегетации растений в условиях применения минеральных удобрений на дерново-подзолистой супесчаной почве (Stagnic Podzol (Pantoarenic, Bathyloamic, Abruptic, Aric)). Содержание подвижных форм Fe, Mn, Ni, Cu, Co и Zn определяли в образцах почв полевого опыта в Тверской области, отобранных на разных стадиях вегетации растений озимой ржи в течение одного сезона: в октябре (всходы), апреле (кущение), июне (колошение), августе (полная спелость). Оценивали содержание элементов в сопряженных образцах растений ржи. Период отбора образцов может оказывать существенное влияние на результаты оценки содержания подвижных форм элементов. Выявлено увеличение содержания Mn и Zn в надземных органах растений ржи для образцов, отобранных на этапе всходов, с увеличением дозы вносимых минеральных удобрений. Показано, что значения содержания подвижных форм элементов в почвах полевого опыта слабо коррелируют со значениями содержания элементов в надземных органах растений.

Изучено влияние длительного применения возрастающих доз азотных удобрений на изменение основных параметров плодородия дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы (Albiс Retisol (Abruptic, Aric, Loamic)) в стационарном опыте, заложенном в Пермском крае в 1972 г. Оценка выполнена в динамике по ротациям полевого восьмипольного севооборота (I–VI ротации) в пахотном слое (0–20 см) и в конце VI ротации по профилю в слое 0–60 см. Максимальные потери содержания С_орг в пахотном слое во всех изученных вариантах (без удобрений, Р60К60 (фон), фон + N30–120) отмечены в первой ротации с 1.41–1.60 (исходный уровень) до 1.12–1.22% (на 15–30%). Достоверного дальнейшего уменьшения количества С_орг в почве (0–20 см) не наблюдали в следующих ротациях при внесении азотных удобрений. Солома зерновых культур в опыте в I–V ротациях отчуждалась, в VI ротации запахивалась, что повлияло на складывающийся баланс С_орг. Увеличение содержания С_орг в почве (0–20 см) отмечено в конце VI ротации в варианте N120P60K60, его количество стало близким к исходному уровню. Содержание С_орг в конце VI ротации в вариантах N30–90P60K60 было меньше исходного уровня на 16–20%, запасы С_орг – на 6.6–8.1 т/га. Длительное применение азотных удобрений в дозах N30–90P60K60 привело к уменьшению содержания С_орг в слоях почвы 20–40 и 40–60 см, уменьшение не выявлено в варианте N120P60K60. Уменьшение показателя рН_KCl, степени насыщенности почвы основаниями и увеличение гидролитической кислотности отмечено в конце II ротации в результате применения высоких доз азотных удобрений N90–120P60K60, несмотря на проведенное известкование в начале этой ротации. Ухудшение показателей кислотности почвы стали наблюдать только с IV ротации при использовании невысоких доз N30–60P60K60. Продуктивность севооборота в результате использования удобрений N30–120P60K60 увеличилась на 15–20%.

Ежегодно в мире образуется около 6 млн т кофейных отходов, которые в большинстве случаев не перерабатываются, накапливаются и оказывают негативное влияние на окружающую среду из-за содержания кофеина, танина, полифенолов и иных токсичных веществ. Использование кофейных отходов в качестве органического удобрения ограничено присутствием тех же токсичных соединений. Возможным подходом к снижению негативного влияния кофейных отходов на почвенную биоту может быть их компостирование, в том числе с использованием вермикультуры. В исследовании проведена экотоксикологическая оценка кофейных отходов до и после вермикомпостирования с использованием дождевых червей Eisenia andrei. Исходные отходы проявили высокую токсичность: кофейная гуща отнесена ко II классу опасности, шелуха – к III. После вермикомпостирования токсичность снизилась: образцы с 25–50% содержанием отходов стали малоопасными (IV класс), а со 100% – умеренно опасными (III класс). Исследование подтвердило, что вермикомпостирование – эффективный метод детоксикации кофейных отходов, позволяющий получать безопасные органические удобрения. Для практического применения рекомендованы дозировки не более 50% отходов в компосте.

Лесные пожары оказывают существенный эффект на структурно-функциональную организацию экосистем, затрагивая все ее компоненты. Цель работы состояла в анализе и систематизации данных о влиянии пожаров в бореальных лесах на эмиссию СО₂ с поверхности почв и сгорания лесных горючих материалов. Показано, что пирогенез является одним из ведущих факторов, воздействующих на физико-химические свойства и запасы органического вещества в лесной подстилке и верхних горизонтах почвы, а также их температурный режим, особенно в светлохвойных лесах, сформированных сосной и лиственницей. В лесных подстилках после прохождения лесного пожара отмечается снижение кислотности, запасов углерода, происходит сужение отношения соотношения C : N. Изменяется состав органического вещества вследствие накопления продуктов горения. В органогенном горизонте отмечено увеличение плотности сложения, степени насыщенности основаниями, гидрофобности почв. Это, в сочетании с гибелью корневых систем растений, приводит к сокращению скорости эмиссии СО₂ с поверхности почв. Интенсивность пожаров во многом влияет на выделение углекислого газа и время, необходимое для возврата этого показателя в исходное состояние. Воздействие пожара на температурный коэффициент Q₁₀ может быть разнонаправленным: негативным (особенно в случае интенсивного огневого воздействия), положительным или же с отсутствием эффекта. Установлено, что ингибирование эмиссии СО₂ и значения Q₁₀ обусловлено сокращением автотрофного дыхания.

Проведена вероятностная оценка пространственной изменчивости содержания гумуса в почвах в системе бассейна реки и балочного водосбора как его составной части в педотрансферных моделях гумусонакопления. Установлены параметры взаимосвязи природно-антропогенных факторов и природного потенциала чернозема обыкновенного в степных агроландшафтах на бассейновой основе. Для раскрытия особенностей характера пространственного распределения содержания гумуса в почвах бассейна р. Айдар, приуроченных к верхнему, среднему и нижнему течению в пределах границ Луганской Народной Республики (ЛНР), выполнен статистический анализ данных двух туров крупномасштабного обследования (1970 и 2011 гг.), выявлен характер многолетней динамики содержания гумуса, проанализированы статистически вероятностные ситуации, построена картосхема современного пространственного распределения содержания гумуса и дана характеристика вероятности его проявления в различных элементах системы бассейн реки → балочный водосбор. Принципы исследования природных факторов в педотрансферных моделях почвообразования включают последовательный математико-статистический анализ с использованием ГИС-технологий и расчеты по тематическим этапам: (1) определение закономерностей содержания гумуса и природного потенциала чернозема обыкновенного степных агроландшафтов от параметров гранулометрического состава, мощности профиля почв, абсолютной высоты местности и особенностей увлажнения территории через гидротермический показатель различных периодов года в северной степи; (2) формирование педотрансферных моделей определения содержания гумуса и природного потенциала запасов гумуса чернозема обыкновенного. Педотрансферные модели нелинейного вида позволяют рассчитать содержание гумуса почв в зависимости от всего спектра их значений (минимальные, средние, максимальные) и с учетом ведущих факторов построить оптимизационную поверхность взаимосвязи содержания гумуса и природных факторов.