Статьи

Изучены особенности растительного покрова и наземного детрита в пределах УОПЭЦ «Чашниково» в верхнем течении р. Клязьма, что соответствует условиям распространения хвойно-широколиственных лесов. На основе экологических шкал Л.Г. Раменского и Э. Ландольта, а также эколого-ценотической классификации А.А. Ниценко методом главных компонент получена группировка наземных экосистем, различающихся по уровню трофности и увлажнения. В пределах изученной территории на основе эдификаторов и эколого-ценотической структуры живого напочвенного покрова выделены три группы фитоценозов: умеренно увлажненные лесные фитоценозы с преобладанием ели, влажные леса с преобладанием мелколиственных пород, а также фитоценозы суходольных и пойменных лугов. Для всех точек отбора оценены классификационная принадлежность и запасы подстилок, а также их пространственное распределение в пределах фитоценоза. Изученные экосистемы значительно различаются по запасам подстилок от высоких значений в приствольных пространствах ельников — около 5 кгм-2 — до крайне низких — менее 0,5 кгм-2 — на суходольных и пойменных лугах, что определяет высокую неоднородность потенциального накопления углерода в пределах территории. Типологическая принадлежность подстилок взаимосвязана с запасами лишь на биогеоценотическом уровне применительно к еловым лесам, но такая закономерность не работает на более высоком уровне при рассмотрении экосистем на ландшафтном уровне.

Около трети научных публикаций в области цифровой почвенной картографии содержат данные об использовании морфометрических характеристик в качестве предикторов для моделирования почвенного покрова. Для каждой конкретной территории со своим набором специфических форм рельефа необходим уникальный набор значимых морфометрических величин, описывающих особенности такой комплексной системы, как почвенный покров, подобранный непосредственно с учетом решаемых задач. Целью исследования в данной работе был поиск связи между почвенными выделами, а также отдельными морфологическими свойствами, имеющими диагностическое значение на различных таксономических уровнях, и морфометрическими параметрами рельефа на примере почвенного покрова сельскохозяйственных земель Левобережья Дона в Лискинском районе Воронежской области. На исследованной территории преобладают черноземы оподзоленные, выщелоченные и типичные, а также лугово-черноземные почвы. С использованием методов параметрической и непараметрической статистики установлено, что к самым информативным морфометрическим параметрам, которые оказывают влияние на все проанализированные почвенные свойства, имеющие диагностическое значение для определения почвенных выделов, относятся водосборная площадь, вертикальная кривизна и минимальная кривизна. Максимальная генерализация морфометрических параметров рельефа в ряду 17 м, 51 м, 102 м, 306 м приводит к выявлению наибольшего количества связей с почвенными свойствами.

В статье рассматриваются вопросы экологической токсикологии как междисциплинарного направления в системе наук об окружающей среде. Проведен анализ исторического пути формирования экотоксикологии, использующей широкий арсенал знаний естественных и точных наук для создания своей теоретической базы, терминологии, задач и методов исследования. Дан обзор достижений, современных тенденций развития и актуальных ветвей экотоксикологии с учетом их теоретической и практической значимости. Показано, что на настоящий момент экотоксикология сформировала комплекс данных об эффектах и поведении экотоксикантов в популяциях и сообществах наземных и водных экосистем, составивших теоретическую основу учения об устойчивости и стабильности функционирования биологических систем в условиях экотоксикологического стресса. Накопленный опыт важен для оценки состояния экосистем методами биоиндикации и биотестирования, а также при разработке принципов нормирования экотоксикантов в рамках концепции допустимых экологических нагрузок. Особое внимание уделено многовекторности экотоксикологических исследований, их кооперации с другими направлениями в науке и технике, вкладу в решение экологических, экономических и политических задач современности.

На Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН изучены особенности почвенно-гидрологических условий солонцового комплекса полупустыни Северного Прикаспия, давнего объекта длительного 70-летнего мониторинга их природно-антропогенных трансформаций. Эталоном для сравнения при его проведении на современном этапе стали классические труды профессора А.А. Роде (1896–1979) и руководимые профессором Т.А. Соколовой (1934–2021) исследования. Были изучены почвы целинных участков и под колочными и массивными лесными насаждениями преимущественно из дуба черешчатого и вяза приземистого на лугово-каштановых почвах понижений микро- и мезорельефа. Проанализированы данные погодно-климатических условий, вычислен коэффициент увлажнения территории, прослежена динамика уровней грунтовых вод, их химического состава и минерализации, определен состав водной вытяжки из почв и рассчитаны запасы легкорастворимых солей и иона хлора по полуметровым слоям. Выявлены существенно различающиеся три периода изменений почвенно-гидрологических условий, вызванные колебаниями уровня грунтовых вод, изменением увлажненности в регионе. Современный этап, начавшийся с 2000-х годов, оказался наиболее засушливым с коэффициентом увлажнения 0,24±0,07. На этом фоне свойственный 80-м годам ХХ века подъем уровня грунтовых вод сменился опусканием. Под лугово-каштановыми почвами целинных западин при уровне грунтовых вод 5,6±0,2 м и их средней минерализации 3,41±0,27 г×л^-1 на современном этапе сохранилась появившаяся ранее тенденция их засоления за счет накопления в них ионов Cl-, Ca²⁺, Na⁺. В понижениях микро- и мезорельефа под колочными и массивными лесными насаждениями прослеживается усиление минерализации грунтовых вод из-за высокой эвапотранспирации древесными растениями, но благодаря дополнительному накоплению лесными полосами снега и периодически-промывному типу водного режима с ограниченным десуктивным выпотом здесь сохраняется корнедоступная зона опреснения мощностью 350 и 250 см соответственно. Выявленные закономерности, охватывающие 70-летний период наблюдений, позволяют более обоснованно подходить к созданию в столь неблагоприятных климатических условиях востребованных озеленительных насаждений.

Антропогенные факторы подкисления/подщелачивания почв меняют их естественный протолитический баланс. Степень и направленность подобных изменений определяются величиной кислотной/щелочной нагрузки и устойчивостью почв — кислотно-оснóвной буферной способностью. В статье обобщены результаты исследования источников буферности среднетаежных суглинистых почв Республики Коми. Показано, что буферная способность почв, развивающихся в одних и тех же условиях климата, а также сходных по литологическим признакам, зависит от гидрологических условий элементов микрорельефа, а соответственно – от состава, функционирования биоты. Изменчивость природы и структуры буферности почв выявляется в толще наиболее активного действия биотических факторов — в органогенных и элювиальных горизонтах. Сходство иллювиальных горизонтов почв обусловливается незначительной их трансформацией почвенными процессами, проявляющейся в отсутствии или пониженном содержании прямых продуктов почвообразования — органических, Al-, Fe-органических соединений, минералов группы почвенных хлоритов.
Материалы могут быть использованы для почвенно-химического мониторинга и для прогноза изменения почв под влиянием загрязнения кислотными и щелочными соединениями.

Статья посвящена светлой памяти выдающегося ученого, педагога-наставника, профессора, доктора биологических наук Татьяны Алексеевны Соколовой (1934–2021). Научное сообщество знает и всегда будет помнить Татьяну Алексеевну как авторитетного специалиста в области почвоведения и минералогии. Сфера ее интересов в научно-образовательной системе широка и многообразна. Одно из фундаментальных направлений работ — проблемы почвенной кислотности. Представленный материал содержит некоторые составляющие творческого наследия Т.А. Соколовой в аспекте настоящих исследований и перспектив его развития. В частности, обращено внимание на природу кислотности сильнокислых почв (рН_KCl <3,3, рН_Н2О <4,4). Показана специфика формирования кислотно-основного состояния данных объектов на примере почв разного генезиса. Раскрыты причины низкой точности и воспроизводимости результатов измерения обменной кислотности сильнокислых почв. Даны рекомендации по повышению качества измерений.

В шести производственных опытах ЦФО, проведенных в Воронежской и Липецкой областях с сахарной свеклой на почвах с повышенным и высоким фоном обеспеченности почв калием, прослежено действие и двухлетнее последействие калийных удобрений при однократном внесении под свеклу в дозах 70‒240 кгга-1 К2О. Долевое участие калия в прибавке урожая в среднем за 3 года составляло 14‒15%. Содержание обменного калия за время проведения опытов отвечало бóльшему уровню обеспеченности калием по сравнению с подвижной формой на одну-две градации. Использование показателя баланса калия для расчета доз вносимых удобрений целесообразно в благоприятные для развития культуры годы. Расчет оптимальных доз калийных удобрений, полученных при использовании мультикритериальных оценок, позволяет считать для Воронежской области оптимальной дозой для внесения под сахарную свеклу 140 кгга-1 К2О с возможным ростом до 210 кгга-1 в благоприятные для развития культуры годы, в Липецкой — от 210 до 280 кгга-1 К2О. Перспективным для определения доз калия является совместный учет показателей действия и последействия удобрений в приросте урожая, экономической эффективности и возможности достижения положительного баланса. Использование расчетов, базирующихся только на одном из приведенных выше критериев, а также на градациях или прямых оценках обеспеченности почв калием на основе стандартных методов, приводит к значительному завышению или занижению результатов из-за временнóй нестабильности определяемых показателей. Существующие методы расчета доз калийных удобрений требуют как корректировки существующих градаций обеспеченности подвижным калием, так и учета складывающегося баланса калия.

Проведено детальное изучение минералогии и химического состава валовых образцов и гранулометрических фракций <2, 2–5, 5–10, 10–50, 50–250 мкм чернозема типичного (Ставропольский край) с использованием комплекса методов, включающего рентгеноструктурный анализ (XRD), Мёссбауэровскую, рентген-флуоресцентную (XRF)-спектроскопию, как пример развития инструментальных подходов для изучения преобразования и накопления различных твердофазных продуктов функционирования почв. Минералогический анализ фракций фиксирует распределение минеральных фаз в разных размерностях. Так, во фракциях крупной и средней пыли преобладающими являются кварц и полевые шпаты, во фракции мелкой пыли фиксируется смектит и возрастает содержание гидрослюды. В илистой фракции преобладает смектит, также присутствуют каолинит, иллит, кварц. В отличие от почвообразующей породы, для почвенного горизонта отмечается снижение степени окристаллизованности решетки смектита, формирование смешанослойности не наблюдается, дополнительно в следовых количествах обнаружен гидроксид Fe (лепидокрокит). Проведен детальный анализ состояния соединений железа и распределение оксидов железа по гранулометрическим фракциям, определен вклад χ гранулометрических фракций в общую удельную магнитную восприимчивость. Проанализировано изменение геохимических индексов по гранулометрическим фракциям. Подобный подход направлен на развитие системы минералогических и геохимических показателей биокосных взаимодействий в почвах для достижения максимальной достоверности возможных палеореконструкций, базирующихся на твердофазной памяти почв.

Исследованные слабодифференцированные почвы на плотных карбонатно-силикатных породах формируются в условиях резко континентального климата. Основной задачей исследования в области генезиса почв было выявление автохтонной/аллохтонной природы рыхлого карбонатного субстрата, залегающего на плотной карбонатной породе. Эта задача решалась на основании данных о минералогическом составе илистой фракции почв и пород. В соответствии с профильно-генетической классификацией почв России объекты исследования классифицированы как (1) темногумусовая грубогумусированная, остаточно-карбонатная (дерново-карбонатная почва) и (2) бурозем грубогумусированный, остаточно-карбонатный, красноцветный (дерново-карбонатная выщелоченная почва). В обоих разрезах интенсивное выщелачивание карбонатов сопровождается понижением значений рН и увеличением доли несиликатного железа. В буроземе (дерново-карбонатная выщелоченная почва) единая минеральная ассоциация диагностирована по всему профилю, включая мелкозем из горизонта дезинтеграции плотной карбонатной красноцветной породы. Во всех горизонтах доминируют хлорит и диоктаэдрические слюды, в небольшом количестве присутствуют смешанослойные слюда-смектитовые (вермикулитовые) образования с низким <50% содержанием смектитовых (вермикулитовых) слоев. Доля последних увеличивается в горизонтах, сформированных в рыхлом карбонатном субстрате, по сравнению с таковой в силикатной части плотной породы, но при этом отсутствует горизонт их максимального накопления. Напротив, в темногумусовой почве (дерново-карбонатная почва) минералогический состав илистой фракции в горизонтах, сформированных в рыхлом карбонатном субстрате, отличается от такового в горизонте дезинтеграции плотной карбонатно-силикатной породы. В породе диагностированы тальк, диоктаэдрические слюды, хлорит, неупорядоченные смешанослойные хлорит-смектитовые (вермикулитовые) образования. Смектитовая фаза доминирует и представлена индивидуальным смектитом. В вышележащих горизонтах отмечается уменьшение доли талька, отсутствие смешанослойных хлорит-смектитовых (вермикулитовых) образований. Смектитовая фаза присутствует в небольшом количестве. Кроме того, диагностирован каолинит, которого нет в породе, что указывает на примесь аллохтонного материала. Рассмотренные почвы отражают два варианта почвообразования: (1) на элювии карбонатной красноцветной плотной породы (бурозем) и (2) на рыхлом субстрате с примесью аллохтонного материала, который подстилается плотной карбонатно-силикатной породой (темногумусовая почва).

Детально, с применением комплекса аналитических методов исследованы палеопочвы среднего и позднего девона (Воронежская и Белгородская области) и палеопочвы карбона на территории южного крыла Подмосковного бассейна (Московская, Тульская, Калужская, Рязанская области). Показано, что особенностью минерального состава изученных палеопочв является, за редким исключением, его мономинеральность. Для континентальных отложений девона и развитых на них палеопочв характерен каолинитовый, редко — бертьериновый состав. Палеопочвы раннего карбона сложены низкозарядными смектитами — монтмориллонитом и бейделлитом. В среднем и позднем карбоне возрастает роль Mg-силикатов: палыгорскита и сепиолита. Такой ряд обусловлен изменениями в палеогеографической ситуации и в климатической зональности и глобальной аридизацией климата. Мономинеральность и отсутствие смешанослойных минералов принципиально отличают палеопочвы палеозоя от палеопочв четвертичного периода и современных почв, сформированных на осадочных породах. Полиминеральность последних является продуктом рециклинга материала осадочных пород и почв прошлых эпох.

Изучен минералогический состав илистой фракции маршевых почв на томболо — перемычке между материком и малым островом на Поморском берегу Белого моря. Почвы, находящиеся на разных частях маршей, характеризуются разной последовательностью отложений и вложенных в них почвенных горизонтов. В составе илистой фракции всех почв присутствовали слюдистые минералы (иллиты), каолинит, хлорит и смешанослойные иллит-вермикулит и хлорит-смектит. Отмечено варьирование минералогического состава глин как между почвенными горизонтами, так и между изученными профилями. По нашему мнению, варьирование определяется как составом отложений, так и почвенным выветриванием минералов, что подтверждает идею Т.А. Соколовой о сложном характере формирования минералогического состава глин в почвах на отложениях, переотложенных водой. Основным процессом выветривания в маршевых почвах была деградационная трансформация хлорита и, возможно, слюды с образованием смектитовых слоев. Эти процессы пространственно связаны с зонами аэрации маршевых почв, хотя бы периодически находящихся в окислительном режиме.

Изучали закономерности сорбции водорастворимого органического вещества (ВОВ) в составе водных вытяжек, полученных из образцов горизонта H торфянисто-подзолисто-глееватой почвы, на каолините и мусковите. Вытяжки содержали разное количество водорастворимого Сорг, в основном с молекулярными массами около 20 кДа, представленного преимущественно гидрофильными соединениями, но с разным соотношением гидрофобных и гидрофильных компонентов. Установлено, что сорбция компонентов ВОВ в условиях проведения экспериментов зависит от концентрации Сорг в вытяжках, от соотношения гидрофильных и гидрофобных компонентов, от соотношения минерал (г) : водная вытяжка (ВВ) (мл) и практически не зависит от рН. Гидрофобные компоненты ВОВ и ароматические соединения в большей степени сорбируются на поверхности каолинита по сравнению с мусковитом. Наблюдаемое уменьшение сорбции Сорг на обоих минералах при пересчете сорбции на единицу площади внешней поверхности в экспериментах с соотношением минерал (г) : ВВ (мл) 1:50 по сравнению с соотношением 1:10 может свидетельствовать как о разнородности сорбционных центров на поверхности минералов, так и о конкуренции за эти центры между компонентами ВОВ изученных водных вытяжек. Существенных изменений на кривых молекулярно-массового распределения компонентов ВОВ после взаимодействия с каолинитом и с мусковитом не выявлено.

Проведено фракционирование илистой фракции и изучен минеральный состав ила и его подфракций в ризосфере клена остролистного (Acer platanoides L.) и в почве внеризосферного пространства, отобранной из горизонта AELoa подзолистой почвы. Установлено, что в илистой фракции преобладает подфракция 1–0,2 мкм (56% в ризосфере клена и 60% во вмещающей почве), содержание подфракции 0,2–0,06 мкм составило 20% в ризосфере клена и 27% во вмещающей почве. Содержание остальных подфракций (0,06–0,02 мкм и <0,02 мкм) не превышает 10%. Выявлено значимое увеличение доли подфракции 0,06–0,02 мкм и уменьшение доли подфракции <0,02 мкм в ризосфере по сравнению с вмещающей почвой.
Размерные фракции ила как в ризосфере, так и во вмещающей почве дифференцированы по минеральному составу. В составе фракции 1–0,2 мкм преобладает каолинит; в составе фракций 0,2–0,02 мкм увеличивается доля слюд и уменьшается доля каолинита, а в составе фракции <0,02 мкм значительно увеличивается доля лабильных минералов. Значимого отличия минерального состава ила в целом и подфракции 1–0,2 мкм не выявлено ни в ризосфере, ни во вмещающей почве. Установлено, что в подфракциях 0,2–0,02 мкм ризосферы содержится значимо больше минералов с лабильной кристаллической решеткой по сравнению с вмещающей почвой, которые образуются в ризосфере в результате интенсивно протекающих процессов трансформации слюд в лабильные структуры.