№ 12 (2023)

Цель аналитического обзора – систематизировать сведения о количественных характеристиках изменчивости содержания и запаса органического углерода (С_орг) в почвах. Рассмотрены оценки правильности и воспроизводимости определения содержания C_орг, пространственной вариабельности и неоднородности C_орг на разных уровнях строения почвенного покрова, изменения во времени. Показано, что пространственная составляющая является самым мощным фактором изменчивости C_орг в почвах. Выявлен тренд увеличения абсолютного стандартного отклонения и коэффициента вариации содержания и запаса C_орг в почве по мере увеличения логарифма площади исследуемого участка. Он проявляется на фоне широкого разброса значений показателей пространственного варьирования в каждом узком диапазоне изменения площади участка. Это приводит к высокой неопределенности оценок по мере увеличения охвата территории. Среди используемых методов определения содержания C_орг предпочтительным считается прямой метод сухого сжигания. Он позволяет получать правильные (т.е. с наименьшими систематическими отклонениями) и хорошо воспроизводимые данные. Косвенные методы Тюрина и Walkley-Black систематически занижают содержание C_орг и имеют воспроизводимость, сопоставимую с амплитудой сезонной динамики и с минимальными значениями характеристик пространственного варьирования в пределах элементарного почвенного ареала. Для получения оценок многолетнего тренда изменения C_орг требуется строгое соблюдение жестких условий мониторинга на интервалах времени более 15 лет. Запас C_орг варьирует в пространстве сильнее, чем содержание C_орг, что еще больше повышает требования к мониторингу.

Охарактеризованы особенности строения, свойств и температурных режимов почв, функционирующих в двух различных осушенных озерных котловинах Большеземельской тундры. Котловины значительно различаются особенностями ландшафтного развития, составом почвообразующих пород в виде донных отложений и характером почвенно-растительного покрова. В естественно-дренированной котловине, сложенной минеральными (песчаными и глинистыми) донными отложениями, развиты почвы, принадлежащие к отделам глеевые и слаборазвитые, которые характерны для водораздельных ландшафтов региона. Почвы функционируют как мерзлотные экосистемно-модифицированные, частично защищены от протаивания. Профиль почв кислый, ненасыщен основаниями, с умеренным содержанием углерода в минеральных горизонтах. В искусственно-осушенной котловине, покрытой толщей заиленного торфа, сформировались преимущественно торфяные мерзлотные почвы, в том числе уникальные для ландшафтов Большеземельской тундры – торфоземы тундровых луговин. Торфяные мерзлотные почвы котловины являются экосистемно-защищенными, т.е. защищены от протаивания, отличаются высокой зольностью и слабокислой реакцией. Выявлена значительная дифференциация исследуемых параметров почв по котловинам, определяемых составом почвообразующих пород, спецификой развития ландшафтов и проявлениями современных криогенных процессов.

Представлены результаты почвенно-генетических исследований, проведенных на дерново-подзолистых почвах (Albic Retisols), сформированных на суглинистых палеокриогенно-преобразованных почвообразующих породах, в Грязовецком районе Вологодской области. Предлагается концепция роли криолитогенных процессов в позднем плейстоцене, определивших формирование и эволюцию современных дерново-подзолистых почв северо-востока Восточно-Европейской равнины. Рассматриваемая совокупность криолитопедогенных процессов и палеопризнаков, сформированных в результате этих процессов в современных зональных дерново-подзолистых почвах, позволила реконструировать условия формирования почв, расположенных в перигляциальной области валдайского оледенения. Полученные результаты расширили представления о влиянии процессов позднеплейстоценового криогенеза и литогенеза на эволюцию современных дерново-подзолистых почв севера Восточно-Европейской равнины. Предлагается выделять палеокриолитогенные почвенные комбинации в структуре почвенного покрова как результат действия совокупного природного процесса – криолитопедогенеза позднего плейстоцена и голоцена.

Происходящие климатические изменения оказывают наибольшее влияние на природные экосистемы северных широт, поскольку потепление климата, а также возрастающая антропогенная нагрузка, связанная с освоением арктических территорий, способствуют деградации мерзлых торфов и увеличению мощности сезонного-талого слоя почв. Актуальность исследования торфяных олиготрофных почв (Cryic Histosols) северных территорий Западной Сибири связана с тем, что их деградация обогащает природные воды органо-минеральными веществами, содержащими большой набор химических элементов, в том числе тяжелые металлы, способствуя изменению гидрогеохимического облика природных вод Севера. Описаны основные свойства торфов, отобранных из разных горизонтов почвенных профилей, заложенных на ключевых участках, охватывающих территорию ЯНАО с севера на юг и с запада на восток. Химический состав почв определяли в ИПА СО РАН стандартными методами. Содержания валовых и подвижных форм металлов (Fe, Сa, K, Na, Mg, Сd, Со, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn) исследовали методом оптической атомно-эмиссионной спектрометрии и пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии соответственно. Установлено, что характерной особенностью распределения концентраций исследуемых химических элементов в торфяных олиготрофных почвах северной части Западной Сибири является наличие двух максимумов в пределах почвенного профиля. Первый приурочен к верхним горизонтам, имеющим признаки деградации, второй – к верхней части многолетнемерзлых пород. Статистический анализ c использованием метода главных компонент показал, что низкая зольность, рН и широкое отношение C/N связаны с высокой подвижностью K, Cu, Zn и Мg. С увеличением зольности, рН и N_общ в верхней части многолетнемерзлых органогенных пород повышается подвижность Fe, Mn, Pb, Cd и Cr.

Рассмотрены вопросы почвенно-гидрофизического обеспечения математических моделей передвижения влаги, учитывающих неоднородность почвы, обусловленную пространственным изменением гранулометрического состава. Изучены процессы вертикального движения влаги на крупногабаритных лизиметрах ФНЦ агроэкологии РАН (Волгоград). Влияние статистической неоднородности гидрофизических параметров субстратов лизиметров исследовано на моделях динамики влагопереноса и формирования гравитационного стока, разработанных в среде программного пакета HYDRUS-1D. Учитывалось изменение гранулометрического состава по вертикали профиля лизиметров и связанная с ним изменчивость основной гидрофизической характеристики (ОГХ). Гранулометрическая неоднородность субстратов оценивалась методом масштабирования по масштабным коэффициентам параметров ОГХ в предположении о нормальном распределении вероятностей логарифмов радиусов капилляров порового пространства между почвенными частицами. Изучалось влияние гранулометрического состава на водоудерживающую способность, граничные и начальные условия, интенсивность гравитационного стока и кумулятивное накопление влаги.

Проанализированы результаты одиннадцати циклов обследования пахотных почв, проводимых с 1964 по 2022 гг. в юго-западной части Центрально-Черноземного района на территории Белгородской области. В степной зоне области преобладают черноземы обыкновенные, в лесостепной – черноземы типичные и выщелоченные. В течение одиннадцатого цикла обследования (2019–2022 гг.) средний уровень внесения минеральных удобрений составил 114.4 кг д.в./га, органических – 9.6 т/га, известкования кислых почв – 43.8 тыс. га в год. В результате средняя урожайность озимой пшеницы увеличилась до 5.09, сахарной свеклы – до 45.6, кукурузы на зерно – до 7.15 т/га. При этом в почвах пашни зафиксировано максимальное за весь период наблюдений значение средневзвешенного содержания органического вещества (5.3%). Доля кислых почв снизилась до 28.6%, в том числе среднекислых – до 3.0%. Величина гидролитической кислотности уменьшилась до 2.7 cмоль(экв)/кг. Средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора (139 мг/кг) и калия (161 мг/кг) является самым высоким в регионе. К категории низкообеспеченных по содержанию подвижных форм серы относится 85.7% обследованных почв, цинка – 97.2, меди – 92.5, кобальта – 98.8, марганца – 40.1, молибдена –21.3%. По содержанию подвижных форм бора 98.2% почв относится к категории высокообеспеченных.

Характерные для почвенного покрова Звенигородской биостанции МГУ элювоземы и дерново-элювоземы на двучленных отложениях содержат в подстилке и метровом слое минеральной толщи в среднем 65–83 т/га органического углерода. Запасы углерода минимальны в дерново-элювоземе сложного ельника (59–68 т/га), отличающемся облегченным гранулометрическим составом, и достигают 76–92 т/га в почвах березово-елового и сложного сосново-елового лесов. При этом в подстилке сосредоточено 3.3–5.8 т С/га или 4–9% общих запасов органического углерода, а в верхнем минеральном слое (0–20 см) – 64–69%. Разные уровни и профильное распределение запасов органического углерода в почвах обусловлены литолого-гранулометрическими особенностями и характером растительности. Вклад экстрагируемых водой органических соединений углерода в их общее содержание в верхних минеральных горизонтах почв не превышает 1.3–1.8%, микробного углерода – 1.7–2.4%. В кислых легкосуглинистых почвах обогащенность кальцием и калием, емкость катионного обмена, содержание обменных оснований и степень насыщенности могут служить индикаторами содержания и запасов органического углерода на экосистемном уровне. Связь с содержанием тонкодисперсных фракций и оксалаторастворимых Al и Fe проявляется в меньшей степени вследствие близкого происхождения и свойств почв. Изменчивость запасов органического углерода в почвах в наибольшей степени определяется его содержанием, влияние которого снижается с глубиной. Учет пространственной неоднородности, полевые измерения плотности и доли мелкозема, корректные аналитические определения являются необходимыми составляющими оценки запасов углерода в почвах лесных экосистем в рамках создаваемой национальной системы мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов.