Статья: Цифровое почвенное картографирование заболоченной равнины юга криолитозоны Западной Сибири на основе мультиспектральной спутниковой съемки и наземных исследований (2025)

Цель работы - изучить элементный состав гуминовых кислот (ГК), гиматомелановых кислот (ГМК) и фульвокислот (ФК) чернозема типичного целинного Курской области. Препараты гумусовых кислот получали экстракцией 0.1 н. раствором NaOH из декальцированной навески почвы по традиционной для нашей страны методике, очистку центрифугированием и электродиализом. ГМК экстрагировали из сырого геля этанолом до обесцвечивания раствора. В полученных препаратах гумусовых кислот определяли: зольность - весовым методом, содержание C, H, N - на автоматическом анализаторе CHNS-varioMicrocube, содержание O находили по разности, степень окисленности и теплоту сгорания - по эмпирическим формулам. Данные элементного состава выражали в массовых и атомных процентах. Самый высокий энергетический потенциал характерен для ГМК, теплота сгорания 18.71 кДж/г. Самый низкий для ФК - 10.99 кДж/г. Согласно полученным данным, ГК чернозема сформированы в основном соединениями циклического типа и обеднены азотом, о чем свидетельствуют отношения Н: С, равное 0.87 и C: N, имеющее значение 16.5. Величина отношения О: С равна 0.50, а степень окисленности +0.13. ГМК и ФК имеют алифатическую природу - величины атомных отношений Н: С, равны 1.26 и 1.57 соответственно, что согласуется с литературными данными. ФК обогащены кислород- и азотсодержащими группировками, величины атомных отношений О: С и C: N, равны 0.90 и 10.8, степени окисленности +0.24. Среди гумусовых кислот ГМК в наибольшей мере обеднены азотсодержащими группировками, величина отношения C: N равна 22.8. В отличие от ГК и ФК, ГМК являются недоокисленными соединениями, что подтверждает величина отношения О: С - 0.44 и отрицательная степень окисленности -0.37. Таким образом, ГМК еще не прошли полностью этап гумификации. Согласно графико-статистическому анализу, их переход в ГК сопряжен с реакциями деметилирования и окисления, дополняемыми дегидрогенизацией. Переход от ГМК к ФК обусловлен четко выраженным процессом окисления, дополняемым слабо проявляющейся гидратацией. Положение гумусовых кислот на диаграмме в координатах степень окисленности (ω) - величина отношения Н: С свидетельствует, что они не только отличаются качеством структурных компонентов, но и находятся на разных стадиях гумификации.

Экологизация современного земледелия предполагает отказ от технологии традиционной обработки (ТО) и замену ее почвосберегающей. Одной из таких технологий является прямой посев (ПП). Его внедрение существенно изменяет условия поступления и трансформации растительных остатков. При этом мало известно об изменении строения почвенного органического вещества (ПОВ) в условиях применения ПП. Целью работы была сравнительная оценка влияния ПП и ТО на химическое строение органического вещества типичных черноземов. На примере 8-летнего полевого опыта на черноземе типичном (Курская область) проведена оценка влияния технологий ТО и ПП в слоях 0-10 и 10-20 см на химические свойства: рН, содержание подвижных форм фосфора и калия, общего азота, органического углерода, а также химическое строение ПОВ черноземов типичных, для изучения которого применяли методы ИК-спектрометрии и аналитического пиролиза. Строение ПОВ продемонстрировало наиболее выраженную зависимость от технологии земледелия по сравнению с другими изученными свойствами. Трансформация ПОВ в условиях ПП вызвана накоплением углеводов, а также продуктов их микробной переработки. Применение ТО приводит к доминированию в структуре ПОВ компонентов пассивного пула, не участвующих в процессах микробной трансформации. По результатам корреляционного анализа показано, что тенденция к накоплению органического углерода при ПП связана с увеличением доли углеводов и фенольных соединений в составе ПОВ.

Впервые с помощью метода грануло-денсиметрического фракционирования с ультразвуковой диспергацией исследован компонентный состав органического вещества пелоземов сильноскелетных остаточно-карбонатных (Skeletic Leptosols (Loamic)), карбопетроземов (Calcaric Leptosols (Protic)), петроземов (Skeletic Leptosols (Protic)) и криоземов (Oxyaquic Cryosols (Loamic)) северной части архипелага Новая Земля. Показано, что вне зависимости от глубины залегания горизонтов во всех исследованных почвах углерод (С) в дискретном органическом веществе (свободное - ЛФСВ и агрегированное - ЛФАГР) на 94-96% (в среднем) представлен органическим С (Сорг), в илистой фракции и остатке вклад Сорг снижается до 87 и 54% от Собщ фракции. Уровень накопления Сорг в различных фракциях во многом определяет микробиологическую активность почв. Коэффициент корреляции (R2, р < 0.05) между Сорг конкретных фракций (% в почве) и содержанием микробной биомассы снижается в следующем ряду: ЛФАГР (0.59) > мА (0.53) > ЛФСВ (0.50) > ил (0.36) > остаток (0.26), отражая важную роль структурных единиц почвы, в частности, неустойчивых в ультразвуковом поле микроагрегатов (мА), в обеспечении благоприятных экологических условий для функционирования микробиоты.

Для ведения мониторинга содержания и запасов органического углерода (Сорг) в почвах агроэкосистем предложен дифференцированный отбор образцов почв по глубине тонкими слоями. Его целью является получение приемлемых значений минимальной значимой разности содержания и запасов Сорг при сравнении двух сроков наблюдений и статистически обоснованного представления о вертикальном распределении Сорг в поверхностных слоях почвы в отдельный срок наблюдений. Вертикальное распределение Сорг в слое 0–30 см может служить косвенным критерием способности секвестрации Сорг почвой в начальный базовый период мониторинга до получения прямых измерений содержания Сорг в следующие сроки опробования на той же динамической площадке. Представлены графики распределения по почвенному профилю содержания Сорг, плотности почв, запасов Сорг в природных почвах. Обсуждаются три принципиальных варианта профильного распределения содержания Сорг, разные варианты распределения плотности в почвах агроэкосистем. Отмечены тенденции увеличения вариабельности содержания Сорг в дерново-подзолистых, светло-каштановых почвах и черноземах при увеличении глубины отбора образца в пределах слоя 0–40 см. Обсуждается пространственная вариабельность запасов Сорг в отдельных тонких слоях и в обобщенных слоях разной мощности.

Целью работы являлась оценка влияния минеральной и органо-минеральной систем удобрения озимой пшеницы (2021-2024 гг.) в условиях степной зоны Кабардино-Балкарской республики (Терский район, с. Опытное) на участке многолетних опытов, входящих в Геосеть (№ 037), на баланс парниковых газов (СО2 и N2O) в агроэкосистеме. Почва участка представлена черноземом обыкновенным мицеллярно-карбонатным. Расчет баланса диоксида углерода производился в соответствии с методическими рекомендациями Минприроды России (Приказ № 371 от 22.05.2022 г.). Объемы выбросов закиси азота определялись в соответствии с рекомендациями Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Сопоставлением данных баланса СО2-экв. в агроэкоксистеме и СО2-экв., соответствующего объему эмитированного N2O, сформированного за счет содержащегося в растительных остатках и удобрениях азота, а также минерализуемого азота почвы, установлена наиболее благополучная с климатической точки зрения (углерод-секвестрирующая способность) система питания растений - органо-минеральная. Объем СО2-экв., накопленного в системе “почва-растение”, в среднем за 4 года при органо-минеральной системе удобрения составил 98.5 т/га и 28.7 т/га при минеральной системе. Данные показатели отражают разницу углеродного баланса по отношению к контрольному варианту, в котором не использовались какие-либо удобрения. Основной сток СО2 обеспечивался накоплением органического вещества в почве как в пахотном, так и подпахотном горизонтах (0-40 см). При органо-минеральной системе накопление углерода в почве составило 25.2 т/га (92.2 т/га СО2-экв.), при минеральной - 7.3 т/га, или 26.7 т/га СО2-экв.

Биомасса гумусообразования является важным звеном в национальной модели управления бюджетом углерода. Целью исследования было определить допустимость замещения метода определения биомассы гумусообразования, представленной массой вещества в методе ЦИНАО, на подход фракционирования вещества (урожай, корневые и пожнивные остатки, побочная продукция), применяемый в методе РосНИИземпроекта. Сопоставлялись массы вещества гумусообразования, полученные разными методами, а также рассчитанные на их основе балансы гумуса (БГ). Использовались стандартные методы регрессионного и корреляционного анализа, а также метод разности пар между сопряженными последовательностями. Качество регрессионных моделей оценивалось по критерию Фишера. Исследование подтвердило допустимость замещения определения биомассы гумусообразования в методе ЦИНАО на подход, принятый в методе РосНИИземпроект. На основе расчетов биомассы гумусообразования выявлено, что все полученные БГ последовательно повышались, следуя увеличению урожайности озимой пшеницы. Показано, что максимальные значения БГ (13.6 ц/га) получены для высокого среза соломы по методике ЦИНАО. Снижение урожайности (25 ц/га или средневзвешенное по региону 23.9 ц/га) формирует отрицательный БГ в технологиях производства зерна, где солома убирается в качестве побочного продукта. В технологиях, где солома входит в состав гумусообразующей биомассы, значение урожайности, ниже которого БГ становится отрицательным, снижается до урожайности 20 ц/га или 18.3 ц/га соответственно. Отмеченные значения урожайности служат критериями целесообразности организации почвенно-климатических проектов на пахотных почвах. Очевидно, что цель накопления гумуса (углерода) в пахотных почвах не будет достигнута под культурами, демонстрирующими отрицательный БГ. Урожайность, ниже которой инициировать почвенно-климатический проект нецелесообразно, предложено называть: “порог инициации почвенно-климатического проекта (ПИПКП)”.

Исследования проводили в биоценозах Q. pubescens Южного берега Крыма. В западной, центральной и восточной частях исследуемого района было заложено 6 пробных площадей. Основная часть почв представлена коричневыми слабомощными на элюво- делювии известняков и глинистых сланцев, на “Мыс Мартьян” – коричневыми красноцветными (terra rossa), сформировавшимися на мощном слое выщелоченных продуктов выветривания верхнеюрских известняков. В почвах изучали структуру и состав фитоценоза, таксационные характеристики насаждений, особенности почвенных условий. Выявлено, что наиболее жесткие условия по характеристике качества почвенной среды в настоящее время складываются в западной части произрастания Q. pubescens на Южном берегу Крыма. В насаждениях Ласпи и Кастрополя самый низкий уровень концентрации гумуса и содержания влаги в почве. В центральной части массива лесов Q. pubescens, при некотором улучшении почвенных условий, общая специфика изменения качества почвенной среды весьма близка к насаждениям западных территорий. Установлено, что рост и развитие древостоев Q. pubescens мыса Ай-Тодор в значительной степени определяются сезонной динамикой увлажненности почвы. Сравнительно высокое содержание влаги в почве в первые месяцы вегетации положительно влияет на рост Q. pubescens; резкое ее снижение во второй половине лета до значений, близких к показателям биоценозов западной части, оказывает стрессовое действие на состояние древостоев на мысе Ай-Тодор. В восточной части Южного берега Крыма на почвенные условия в биоценозах Q. pubescens значительное действие оказывает подстилающий грунт. Габрро-диабаз лакколитов Аю-Даг и Кастель влияет на кислотность почвы, особенности формирования и накопления гумуса. Показано, что плотные слои габрро-диабаза повышают влагообеспечение древостоев Q. pubescens в экотопах г. Аю-Даг и Кастель. Сделан вывод, что тотальная вырубка в прошлом коренных древостоев Q. pubescens Южного берега Крыма определила глубокую деградацию структуры и состава растительных сообществ, формирование на данных территориях низкопродуктивных порослевых насаждений. Одной из причин деструктивных явлений в развитии биоценозов Q. pubescens является изменение водного баланса почвенной среды. Возможности роста порослевых насаждений Q. pubescens Южного берега Крыма в настоящее время обеспечиваются мощной корневой системой материнского древостоя, которая продолжает еще функционировать.

Современные климатические изменения обостряют проблему торфяных пожаров и требуют выработки единого методического подхода для оценки потерь углерода. Исследование проведено в 2024-2025 гг. на территории выработанного торфяного месторождения верхового типа, подвергшегося пожарам в 2011 г. и расположенного в пределах Калининградской области (Юго-Восточная Прибалтика). Методология сочетает традиционные подходы почвоведения (профильный метод) с геоботаническими приемами выявления индикаторной роли древесной растительности при определении глубины прогорания и осадки постпирогенной поверхности. В качестве основы прикладной оценки пирогенно-измененных почв использована классификация интенсивности почвенных пожаров по глубине выгорания торфяного слоя, принятая в области лесной пирологии. На примере двух тестовых участков, отличающихся строением остаточной торфяной залежи, мощностью органогенного профиля и локальными особенностями осушения, изучены потери углерода в полосе кавальеров и на торфяных картах. Показано, что при слабых пожарах происходит пирогенная деградация преимущественно верхних слоев торфяных почв, что сопровождается потерями от 5.31 до 20.2 кг С/м2. При пожарах средней интенсивности пирогенная деградация захватывает как верхние, так и глубокие слои торфяного профиля с образованием подземных полостей выгорания, а также горизонтов термически измененного торфа. Потери углерода возрастают до 24.5-36.7 кг С/м2. В очагах сильных пожаров весь торфяной профиль, исходно представлявший залежь смешанного типа, подвергается пирогенной деградации с необратимой потерей большей части горизонтов и общей убылью углерода 50.36-65.40 кг С/м2. Участки сильных пожаров приурочены к почвам кавальеров. В пространственном аспекте потери углерода складываются из долевого участия очагов пожаров разной силы в общей мозаичной картине постпирогенной поверхности. Густая сеть открытых мелких каналов способствует быстрому распространению пожара внутрь торфяника по кавальерам, что в итоге приводит к высоким площадным потерям углерода за счет более глубокой пирогенной деградации почв на торфяных картах.

Представлены результаты изучения проблемы генезиса серых почв со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ) широколиственно-хвойных лесов востока Русской равнины на территории нижнего правобережья реки Вятка, в пределах Уржумского и Мари-Турекского плато. ВГГ или AEl[hh] залегают на глубинах около 25-50 см от поверхности и сильно отличаются от вышележащих гумусовых горизонтов по ряду внешних и внутренних свойств, свидетельствующих о сложной истории развития почв с бинарным гумусовым профилем. Работа базируется на комплексе методов морфолого-генетических и аналитических палеопочвенных исследований. Впервые для региона получены данные о морфологии, консервативных и актуальных субстантивных свойствах, генезисе и основных этапах эволюции почв с проблематичным строением профиля. Обоснованы полигенетичная природа почв и реликтовый (остаточный по происхождению) возраст гумуса ВГГ с ранне-среднеголоценовым временем формирования - около 8.5-6.5 тыс. лет назад или 5.5-4.5 тыс. лет до н. э. - под растительностью, более соответствующей лесостепным палеоландшафтам. Выделены две стадии развития почв: развивающая эволюция с элементами наследующей в бореально-атлантический оптимум; наследующая эволюция с элементами стирающей во вторую половину голоцена. Сделаны выводы о несоответствии данных почв современным биоклиматическим условиям смешанных лесов Вятского Прикамья, деградационном тренде их развития во второй половине голоцена и перспективах дальнейшей трансформации в дерново-подзолистые почвы с ВГГ. Настоящие объекты рассматриваются в качестве раритетного почвенного наследия, соответствующего статусу редких и исчезающих почв, рекомендуемых для включения в состав сети охраняемых природных территорий вятской земли.