Статья: Геоинформационная система мелиорируемых земель Пермского края (2024)

Представлен обзор исследований, проведенных в лаборатории биогеоценологии (БГЦ) ИПА СО РАН, по проблемам, связанным с теоретическими и прикладными аспектами эколого-эволюционного направления в учении о гумусе почв. Приводится анализ новых подходов, методов, приемов, использованных при изучении системы гумусовых веществ почв. Дается обзор теоретических и прикладных положений в рамках нового эколого-эволюционного направления в учении о гумусе почв. В период проведения исследований гумусовой составляющей почв, разработаны основы нового, не имеющего аналогов направления в учении о гумусе почв – эколого-эволюционного, в рамках которого выявлены основные закономерности процесса гумусообразования в меняющейся естественным и антропогенным путем природной обстановке.

Рабочая база данных по эколого-гумусовым связям, содержащая информацию о составе, структурных особенностях и свойствах более, чем десяти тысяч гуминовых кислот почв разного возраста и территориальной локализации, вместе с подробными сведениями об экологических условиях их формирования способствовала подбору рядов почв, отличающихся только по одному из факторов или их характеристик, и использованию монофакторного анализа для установления особенностей влияния каждого из них. Обобщение имеющихся данных позволило привести веские доказательства реальности существования гуминовых кислот, их пространственно-временной специфичности, а также высокой индикаторной значимости для классификации и диагностики состояния природной среды, реконструкции палеоприродной обстановки. Разработанный для этих целей, теоретически и экспериментально обоснованный педогумусовый метод дал возможность проведения многочисленных оценок состояния и изменения природной среды в условиях Антарктики (на примере почв оазиса Ширмахера) и разных регионов Евразии, а также осуществления палеоприродных реконструкций для разных отрезков плиоцен-голоценового периода на отдельных территориях.

Эколого-эволюционное направление в учении о гумусе почв способствует более рациональному и экономичному планированию теоретических и прикладных исследований почв, экосистем и биосферы в целом. В этой связи, предстоящие работы сотрудников лаборатории БГЦ д.б.н., проф. М.И. Дергачевой, к.б.н. Н.Л. Бажиной, Е.Г. Захаровой будут направлены на расширение доказательной базы сформулированных ранее положений эколого-эволюционного направления в изучении гумуса почв, детализации используемых методических подходов, оценке значимости разных приемов изучения, сжатия и интерпретации материалов, определения пределов количественных показателей для разных параметров гуминовых кислот и гумусовых веществ в целом, которые могут выступать в качестве индикаторов изменений, происходящих в биосфере на разном уровне ее организации. Аналитические и экспериментальные исследования, направленные на дальнейшую детализацию педогумусового метода для диагностики почв, определения состояния экологических условий их формирования, реконструкции палеоприродной среды позволят расширить область применения этого метода к объектам с разной историей происхождения и условий локализации.

Цель исследования. Выявить региональные и зональные особенности свойств торфов и степень влияния на них палеокриогенных процессов как основу корректных палеореконструкций функционального состояния болот и оценки запасов углерода, депонированного в торфяных отложениях района исследования.

Место и время проведения. Подзона южной тайга в пределах Томской области.

Методы. На основе базы данных, созданной по кадастру «Торфяные месторождения Томской области», и фондовых материалов геологической разведки проведен выбор типичных для района исследования торфяных месторождений и видов торфов, рассчитаны показатели их встречаемости, усредненные значения влажности, зольности и степени разложения. Для выявления региональных и зональных особенностей свойств торфов проведено их сравнение с аналогичными характеристиками торфов европейской части России. При обосновании криогенеза этих особенностей использованы литературные данные о влиянии многолетней мерзлоты на динамику и свойства торфов болот криолитозоны и ранее полученные результаты реконструкций палеокриогенных процессов в детально изученных и датированных торфяных разрезах района исследования.

Основные результаты. В выявленных видах типичных торфов установлены или подтверждены известные региональные и зональные особенности их свойств. Обосновано определяющее влияние сезонной мерзлоты и палеокриогенных процессов на особенности ботанического состава и встречаемости видов торфа, значительное варьирование показателей их свойств, необычно высокую зольность верховых и переходных торфов, низкие усредненные показатели степени разложения сфагновых и высокие – других видов торфов, вторичные изменения свойств и специфику залегания в торфяных залежах. Обоснован видовой состав рабочей коллекции образцов торфа района исследования для определения в них содержания углерода.

Заключение. В связи со значительным влиянием палеокриогенных процессов на свойства торфов, необходимо учитывать эти процессы для повышения корректности интерпретации данных, полученных при исследовании болот, решения различных научных и прикладных задач, в том числе оценке баланса и запасов углерода в болотных экосистемах. Данные по встречаемости и свойствам торфов, полученные для торфяных залежей разного типа, позволяют объективно подойти к созданию рабочей коллекции образцов при определении содержания углерода в торфах района исследования.

Цель исследования. Выявить основные тренды и закономерности миграции и аккумуляции нефтяных загрязнителей (нефтепродуктов, легкорастворимых солей) в почвах среднетаёжной подзоны Западной Сибири.

Место и время проведения. Почвенно-географические и почвенно-генетические исследования проводили на территории среднетаёжной подзоны Западной Сибири в среднем течении р. Обь в различных элементарных ландшафтах в 2019 и 2023 гг.

Методы. Нефтепродукты определяли экстракцией из почвы гексаном с последующим измерением на анализаторе «Флюорат-2». Качественный состав солей определен гостированными методиками в водной вытяжке.

Основные результаты. Высокоминерализованные воды оказывают более значительное влияние на свойства подзолистых и аллювиальных почв Западной Сибири, чем действие сырой нефти. Отмечено, что нефтесолевое загрязнение сопровождается высоким содержанием токсичных солей в корнеобитаемых горизонтах. Сброс минерализованных вод в ходе аварийных разливов в условиях переувлажнённых таёжных ландшафтов Западной Сибири приводит к образованию техногенно-засоленных почв на территориях, где естественное развитие этого процесса невозможно. В связи с этим, засоление почв в условиях гумидного климата, можно считать наложенным почвообразовательным процессом.

Заключение. Обнаруженные изменения позволяют оценить экологическое состояние почв (химизм, степень засоления, запас токсичных солей) и разработать предложения по рекультивации почв нефтесолевого загрязнения. Совокупное действие процессов засоления и осолонцевания нетипично для зон гумидного почвообразования, где эти процессы не развиты из-за избытка влаги и промывного водного режима. Техногенное засоление, связанное с деятельностью нефтедобычи, часто встречается в таких регионах и не зависит от климатических условий. Ввиду отсутствия промышленного опыта рекультивации почв, подверженных техногенному засолению на территории среднетаёжной подзоны Западной Сибири, исследования по экологическому состоянию почв территории загрязнения являются одной из актуальных задач современного почвоведения и экологии. При этом учёт характера загрязнения, химизма засоления и положения почв в ландшафтно-геохимической катене позволит адаптировать методы рекультивации техногенно-засоленных почв для конкретного участка загрязнения, что в дальнейшем позволит завершить процессы восстановления почв в ходе рекультивационных мероприятий.

Цель исследования. Провести оценку содержания, морфологии и степени деградации поверхности частиц пластмасс в почвах поймы малой реки Данилиха на урбанизированной территории.

Место и время проведения. Рекреационная зона в проектируемом «Сквере Каменских», расположенная в низкой пойме на левом берегу малой реки Данилиха (приток р. Кама) в городе Пермь. Диагностированы урбо-аллювиальные серогумусовые глеевые почвы. Отбор почвенных образцов из поверхностных горизонтов проводили в июле 2023 г.

Методы. Для извлечения из почвы частиц пластмасс использовали методы визуального отбора, просеивания, флотации в насыщенном растворе NaCl. Форму и тип частиц пластмасс определяли визуально по внешним признакам. Природное органическое вещество удаляли реактивом Фентона. Морфологию поверхности частиц пластмасс и их количество определяли с помощью стереомикроскопа. Для определения связи между формой частиц пластмасс и их размерами использовали информационно-логический анализ.

Основные результаты. В объединённой пробе почвы из поверхностных горизонтов количество частиц пластмасс достигает 177 штук/кг, без учёта волокон. Масса частиц пластмасс с учётом волокон составила 0,7 г/кг. Среди форм частиц пластмасс количественно преобладают плёнки – 62%, шарики пенопласта и пены составляют 34 и 4%. По массе преобладают частицы в следующей последовательности: шарики пенопласта ˃ плёнки ˃ волокна ˃ пены. В размерном диапазоне преобладают крупные частицы пластмасс от 1,1 до 15 мм. Установлены специфичные размеры частиц пластмасс для разных форм.

Заключение. Впервые изучено содержание частиц пластмасс в поверхностных горизонтах почв поймы малой реки Данилиха – урбанизированной территории на примере рекреационной зоны в проектируемом «Сквере Каменских». Частицы пластмасс имеют разные размеры и форму, что указывает на многообразие источников загрязнения. Степень деградации поверхности частиц пластмасс указывает на их активное выветривание, которое протекает в почве в условиях нейтральной реакции среды. На деградацию поверхности частиц пластмасс также активно влияют внешние факторы, которые действуют до попадания пластмасс в аллювиальные почвы. Загрязнение изученных почв частицами пластмасс можно оценить как среднее. В связи с обнаружением загрязнения почв частицами пластмасс рекомендуем органам муниципальной власти города Пермь организовать проведение мониторинга их содержания в районах с высокой антропогенной нагрузкой.

Цель исследования. Оценить степень гидрофобности нефтезагрязнённых почв методом водяного пятна (метод «Water Spot»).

Место и время проведения. Исследования проводили в 2024 году в лабораторных условиях с чернозёмом типичным и серой лесной почвой.

Методы. В просеянные и высушенные почвенные образцы добавляли нефть для достижения выбранного уровня концентрации (0, 0,2, 0,5, 1, 3 и 5% по массе), а также гексан и воду для уменьшения вязкости повышения влажности почвы, соответственно. После двух суток инкубации почвы в закрытом состоянии наносили раствор флуоресцеина натрия, и результат фотографировали в тёмном месте при свете ультрафиолетового светодиодного фонаря. Для определения эффективности хитозана (как природного сорбента) во второй серии экспериментов, проведённой по аналогичной первой серии схеме, наносили на образцы раствор хитозана, и инкубировали ещё двое суток для проявления действия хитозана на поверхности почвы. Результаты обрабатывали при помощи пакета программ CorelDRAW и пакета анализа в Microsoft Excel.

Основные результаты. При нефтяном загрязнении почв, как правило, отмечается нарушение водного режима. При повышении концентрации нефтепродуктов от 0,5 до 5% в почве происходит снижение впитывающей способности, которое проявляется в уменьшении площади водяного пятна на поверхности почвы. После обработки загрязнённых нефтепродуктами почвенных образцов 0,1% раствором хитозана площадь водяного пятна увеличивается на серой лесной почве в среднем на 43%, на чернозёме типичном – на 6%. При увеличении концентрации раствора хитозана в два раза площадь водяного пятна увеличивается на серой лесной почве в среднем на 48%, на чернозёме типичном – на 46%. Таким образом, раствор хитозана можно использовать в качестве сорбента при загрязнении почв нефтепродуктами.

Заключение. Метод водяного пятна (метод «Water Spot») применим, прост и может использоваться при оценке загрязнённости почв нефтепродуктами: при увеличении степени загрязнённости наблюдается уменьшение площади водяного пятна на почве.

Цель исследования. Оценка особенностей состава алифатических соединений в почвах постпирогенных и фоновых территорий степной зоны Хакасии.

Место и время проведения. Образцы почв отобраны через три месяца после пожаров на фоновых и постпирогенных участках в Ширинском районе в окрестностях с. Туим (чернозём южный), а также в Усть-Абаканском районе вблизи г. Усть-Абакан (чернозём южный) и г. Черногорск (каштановая почва).

Методы. Пробы отбирали с глубины 0–1 см (подстилка – степной войлок) и 1–10 см. Органические соединения выделены из высушенных и измельчённых почв путём экстракции 7% раствором метанола в хлороформе. Исследование состава органических алифатических соединений проводили методом хромато-масс-спектрометрии.

Основные результаты. В составе алифатических соединений почв обнаружены углеводороды (н-алканы), насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, кетоны (н-алкан-2-оны, 10-нонакозанон, 16-гентриаконтанон), н-альдегиды, спирт 1-гексакозанол. Суммарное содержание биомолекул в верхнем слое почвы фоновых участков снижено по сравнению с подстилками в среднем на 82%. Под воздействием пожара в подстилках происходит резкое снижение количества н-альдегидов, жирных кислот, а также длинноцепочечных кетонов по сравнению с фоновыми территориями. Распределение н-алканов в почвах носит бимодальный характер: первая мода представлена низкомолекулярными чётными гомологами С14–С22, характерными для микроорганизмов (преимущественно аэробных бактерий и грибков); вторая – высокомолекулярными нечётными структурами С23–С35, которые указывают на вклад наземных растений в органическое вещество почв. В распределении н-алканов почвенных войлоков после пожаров наблюдается рост доли чётных низкомолекулярных гомологов. Более высокое содержание низкомолекулярных гомологов характерно и для н-альдегидов большинства образцов подстилок горелых участков по сравнению с фоновыми территориями. Пожар в разной степени повлиял на степной войлок и непосредственно верхний слой почвы. Практически не изменилось изначально низкое содержание биомолекул в почве и характер распределения отдельных гомологических рядов на горелых участках по сравнению с фоном. Таким образом, под воздействием пожара разрушаются отдельные классы биомолекул, прежде всего характеризующиеся наличием длинной парафиновой цепи. В дальнейшем, в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, дополнительно образуются такие структуры как низкомолекулярные чётные н-алканы.

Заключение. Анализ состава алифатических соединений в степных почвах Хакасии на фоновых и постпирогенных территориях показал, что биомаркеры, такие как н-алканы и н-альдегиды, являются экологическими индикаторами источников, процессов деградации, пирогенной деструкции и трансформации органического вещества почвы.

Цель исследования. Дать морфогенетическую характеристику структуры почвенного покрова (СПП) Притазовского заполярья.

Место и время проведения. Почвенно-географические и почвенно-генетические исследования проводили в период с 2009 по 2011 годы в подзоне южной тундры Западной Сибири в левобережной части бассейна р. Таз, в нижнем ее течении. Камеральные работы, в т.ч. аналитические исследования проводили в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН в период с 2010 по 2016 годы.

Методы. На двух ключевых участках, различающихся ландшафтами, проведено крупномасштабное, а местами детальное почвенное обследование. Созданные почвенные карты были оцифрованы в пакете QGIS. Математическая обработка полученных цифровых данных по площадям и периметрам ареалов почв и почвенных комбинаций (ПК) проводена с использованием MsExcel. При классификации почвенных комбинаций за основу взята таксономическая система В.М. Фридланда; также использованы предложенные им же количественные показатели для морфогенетического анализа СПП.

Основные результаты. Основу почвенного покрова (ПП) Притазовского заполярья составляют глееземы и криоземы, занимающие 90,9% площади. Большинство ареалов этих почв слабо варьируют по площади и внешнему периметру и имеют несложное геометрическое строение. По площади наиболее крупных контуров все элементарные почвенные ареалы (ЭПА) и почвенные комбинации относятся к мелко- и среднеареальным (<30 га). Более 90% контуров имеют очень мелкие размеры (<5 га). Наименьшими размерами ЭПА характеризуются торфяно-криоземы полигонально-валиковых болот. Большинство почвенных контуров (83%) исследуемой территории имеют округлую или вытянутую форму со слабоизвилистыми границами и небольшой длиной внешнего периметра, что обусловливает их монолитное и слаборасчлененное строение (коэффициент расчленения <2,5). Главными дифференцирующими факторами почвенного покрова являются криогенез, глеевые процессы, детритогенез. В целом, почвенный покров Притазовского заполярья характеризуется как монотонно-гетерогенный для территорий с расчлененным рельефом и гомогенно-монотонный для территорий с плоским рельефом.

Заключение. Почвенный покров территорий Притазовского заполярья с расчлененным рельефом более классификационно контрастен и менее геометрически сложен по сравнению с ПП территорий с плоским рельефом, который имеет очень сложное геометрическое строение из-за большого количества в нем очень мелких ЭПА. Мелкоконтурность и большое количество ЭПА и ПК на единицу площади сильно отличает почвенный покров тундры от ПП остальных биоклиматических зон Западной Сибири.

Расчет значений показателей прецизионности (повторяемости и воспроизводимости) и неопределенности определения гранулометрического (зернового) состава грунтов пипеточным методом.

Методы. В образцах почв пипеточным методом определяли содержание следующих гранулометрических фракций: 0,1–0,05 мм, 0,05–0,01 мм, 0,01–0,005 мм, 0,005–0,002 мм, 0,002–0,001 мм, менее 0,01 мм, менее 0,001 мм (ГОСТ 12536-2014). Определение рН солевой вытяжки проводили потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85), а органического вещества – фотометрическим методом (ГОСТ 26213-2021, п. 6.1). Для каждого образца рабочей пробы получено по 16 результатов единичных измерений для каждой фракции грунта. На основании полученных данных была проведена оценка показателей прецизионности в условиях внутри лабораторной повторяемости и воспроизводимости, а также показателей неопределенности методики по алгоритму, указанному в РМГ 61-2010 и ГОСТ 34100.3-2017.

Основные результаты. Рассчитаны следующие внутрилабораторные показатели качества методики определения гранулометрического (зернового) состава грунтов пипеточным методом:

1. Значение внутрилабораторного показателя повторяемости результатов анализа (σr) находится в интервале значений от 0,4 до 1,8%.
2. Относительный показатель внутрилабораторной прецизионности (σR) принимает значения в интервале от 0,7 до 2,9%.
3. Расширенная неопределенность (U) для разных исследуемых фракций грунта составляет от 0,9 до 3,9%.

Заключение. Рассчитанные метрологические характеристики определения гранулометрического (зернового) состава грунтов пипеточным методом позволят проводить внутренний контроль качества измерений и повысить качество результатов и доверие к лаборатории.