№ 3 (2023)

В известной концептуальной модели SCORPAN анализируемое свойство почв рассматривается как зависящее от следующих факторов среды: других свойств почв, климата, организмов, рельефа, геологии, времени и пространства. Предсказательное картографирование почв в цифровой почвенной картографии основано на близких идеях, но факторы среды могут включать в себя не только факторы почвообразования, но и сведения, полученные при дистанционном зондировании. Его методы получили значительное распространение не только в почвоведении, но и в экологии, сельском хозяйстве и геоморфологии. В настоящей статье дается обзор факторов среды, используемых в предсказательном картографировании с особым вниманием к ситуациям, когда может применяться широкий набор факторов среды и/или когда часть их является неколичественными, как в случае типов растительности. Наиболее разработаны системы количественных показателей для описания рельефа и климата, поэтому им уделено особое внимание. Описание рельефа осуществляется как локальными, так и нелокальными, требующими интегрирования, величинами. При описании климата существенны величины, оценивающие сухость/влажность местности, такие как коэффициент увлажнения и дефицит воды. Они требуют оценки испаряемости, которая не измеряется метеостанциями, но может быть получена путем расчета. Описаны возможности учета этих и других факторов среды, включая неколичественные, в количественных статистических моделях предсказательного картографирования почв, принципы построения моделей, их проверки, сравнения, выбора подходящих моделей. Приведены примеры применения цифровой почвенной картографии к участкам различного масштаба, отмечена специфика моделей для разных масштабов. Обсуждаются некоторые аспекты использования данных дистанционного зондирования.

Территория Смоленского Поозерья отличается сложным и слабоизученным почвенным покровом и выраженным влиянием антропогенного фактора. На участок площадью 8.8 км² в юго-западной части национального парка “Смоленское Поозерье” составлены почвенные карты масштаба 1 : 25 000 в методах традиционной и цифровой почвенной картографии (ЦПК) и проведено сравнение полученных результатов. На обеих картах рассматриваемой территории преобладают серогумусовые почвы (Umbric Cambisol (Loamic) и Arenosols (Ochric)), что связано с сельскохозяйственным использованием в прошлом и реградацией старопахотных почв. Меньшие территории занимают альфегумусовые и текстурно-дифференцированные (Podzols (Arenic) и Retisols (Loamic) соответственно) почвы. Кроме того, обнаружены единичные ареалы псаммоземов (Arenosols), выделить которые удалось только на карте с использованием традиционного метода. Общая точность карты, составленной методом ЦПК, составила 55%. Ведущими факторами выделены морфометрические показатели рельефа, характер субстрата и растительность. Методами ЦПК лучше всего (с точностью 87 и 60% соответственно) предсказано распространение дерново-подзолистых почв (Retisols (Loamic)), приуроченных к суглинистым породам, и перегнойно-торфяных (Histosols), формирующихся в локальных понижениях и на пойме озера Баклановское. Расположение дерново-подбуров (Entic Rustic Podzols (Ochric)) предсказано с наименьшей точностью (29%). Точность предсказания расположения агроземов (Arenosols) и агропочв (Retisols), перегнойно-глеевых (Gleysols), серогумусовых и торфяных (Histosols) варьировала в пределах 43–60%. Метод традиционного картографирования смог в лучшей степени отразить дифференциацию почвенного покрова в крупном масштабе по сравнению с цифровым методом.

Современные исследования доказывают необходимость включения водных объектов в региональные и глобальные модели углеродного обмена. Концентрация диоксида углерода в поверхностных водах, как правило, более высокая, чем допускает равновесие с парциальным давлением в атмосфере в 400 мкатм. Изучение функционирования и региональной роли водных систем, особенно с точки зрения динамики неорганического углерода, является недостаточным, в том числе в циркумбореальных регионах. В обзоре освещены теоретические основы и актуальность исследований растворенного диоксида углерода; методические подходы в оценке данного показателя, а также роль растворенного СО₂ в природных водах бореальных и арктических регионов. Почвенное органическое вещество и растворенный диоксид углерода являются главными источниками СО₂ в поверхностных водах, но до настоящего времени количественно данный вклад не оценен. Связано это с недоучетом абиотических аспектов почвенного газообмена, абсолютным преобладанием исследований газообмена на границе почва–атмосфера без учета взаимодействия с грунтовыми водами, а также методическими трудностями измерений концентраций газов в почвенно-грунтовых и поверхностных водах. Инструментальные методы измерения не стандартизированы, а расчетные имеют очень высокие систематические и аналитические ошибки. В заключении указывается на необходимость изучения гидрологического континуума: от источника (наземные экосистемы) до крупных рек и озер с особым вниманием на включение СО₂ из почвенно-грунтовых вод в бюджет углерода всего водосбора.

Перемещение влаги в почвах способствует формированию целого ряда специфических почвенных свойств; их интерпретация позволяет охарактеризовать особенности как отдельных гидрологических процессов, так и водного режима почв в целом, что особенно важно ввиду ограниченных возможностей проведения мониторинговых исследований перемещения влаги в почвах. Использование почвенных свойств в целях верификации результатов имитационного моделирования параметров водного режима дает возможность не только оценить адекватность модели, но и уточнить особенности генезиса почв. В обзоре рассмотрены диагностические показатели минеральных почв, определяемые в полевых и лабораторных условиях, характеризующиеся разным временем формирования и устойчивостью к изменениям факторов среды. Полевые методы диагностики параметров водного режима позволяют сформулировать гипотезы об особенностях поведения влаги в пределах почвенного профиля, которые в дальнейшем могут быть подтверждены или опровергнуты в результате лабораторных методов диагностики, режимных наблюдений, физико-математического моделирования. В частности, на основании стандартного полевого описания почв возможно выделение зоны наибольшего влагооборота, областей почвенного профиля, для которых характерен постоянный и периодический застой влаги, определение уровня залегания капиллярной каймы. Глинистые кутаны, ходы корней и почвенных животных маркируют пути преимущественных потоков. Лабораторные методы диагностики направлены на оценку количественного соотношения гидрологических процессов в почве; в основном, они позволяют охарактеризовать источник, продолжительность и интенсивность периода переувлажнения. Критерий Швертмана является наиболее часто используемым аналитическим индикатором диагностики переувлажненных почв, возможность и эффективность использования которого показана для широкого спектра почв. Верификация результатов гидрологического моделирования по свойствам почв потенциально возможна для процессов нисходящего и бокового стока, физического испарения влаги, транспирации, эвапотранспирации и капиллярного подъема.

В инкубационных экспериментах с крупными древесными остатками (КДО) растений ели обыкновенной (Picea abies L.), имеющих одну из пяти стадий разложения, и гумусового горизонта дерново-подзолистой почвы (Retisol) определена активность выделения СО₂, азотфиксации, денитрификации, а также оценено физиологическое состояние сообщества микроорганизмов-деструкторов в зависимости от стадии разложения КДО. Образцы КДО пяти стадий разложения и почвы отбирали на экспериментальных площадках Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника (Тверская область). Максимальные размеры эмиссии СО₂ при разложении КДО были связаны со стадиями разложения III и IV. Для этих же стадий характерны максимальные величины таких важных показателей активности микробного сообщества КДО и почвы, как субстрат-индуцированное дыхание (СИД, 50 мкг С–СО₂/г/ч), доля легкоразлагаемого органического С в органическом веществе (А1, 66%) и метаболический коэффициент qCO₂ (0.78). В отличие от эмиссии СО₂, максимальная активность азотфиксации наблюдалась на более ранней стадии II. Величины активности азотфиксации и денитрификации свидетельствуют о постепенном и сложно регулируемом процессе перехода на протяжении стадий II, III и IV от свойств бактериальных и грибных сообществ КДО к таковым в почве. Резкий переход (более чем троекратное уменьшение) наблюдается только для соотношения C : N в КДО между стадиями разложения III и IV. Хотя на последней стадии разложения V эмиссия СО₂ существенно уменьшается, органическое вещество КДО отличается меньшей устойчивостью, чем ОВ дерново-подзолистой почвы.

Проведен сравнительный анализ физико-химических и микроморфологических свойств в образцах 1968 г. отбора из целинных почв сухостепного солонцового комплекса как исходной точки в хроноряда с 1968 по 2022 гг. Исследование климатических параметров за период 1914–1968 гг. показало, что за 54 года, предшествующие отбору образцов, почвы развивались в относительно стабильных климатических условиях. Анализ свойств почв позволил выявить, что на практически ровном участке при перепаде высот всего в 3.6 см на расстоянии 229 см почвы существенно различаются по глубине и степени засоления, степени солонцеватости, микроформам и содержанию органического вещества, наличию и количеству глинистых кутан, свидетельствующих о степени подвижности тонкодисперсного вещества. Результаты настоящего исследования подтверждают описанные в многочисленных исследованиях закономерности перераспределения влаги на этой территории даже при очень малых перепадах высот. На основании комплекса имеющихся показателей почвы микрокатены относятся к разным таксономическим единицам. Почву нижней части микросклона по Классификации почв СССР (1977) можно отнести к светло-каштановым, по международной классификации WRB (2015) – к Haplic Kastanozem (Loamic). Почвы в средней и верхней частях микрокатены с высоким содержанием обменного натрия и наличием глинистых кутан по Классификации почв СССР (1977) относятся к солонцам, по WRB (2015) – к почвенной реферативной группе Solonetz.

В многофакторном вегетационном эксперименте изучено влияние состава и свойств почв и почвенно-песчаных субстратов, загрязненных различными дозами ацетата меди, на морфометрические показатели проростков ярового ячменя. Показано, что всхожесть и энергия прорастания семян, а также длина корней, надземной части и сухая биомасса растений сложным образом зависят от концентрации Cu в почвах и субстратах, а также их буферности по отношению к тяжелым металлам. Установлено наличие двух механизмов влияния Cu на развитие растений: метаболического при С_Cu ≤ 500 мг/кг почвы и диффузионного при С_Cu ≥ 500 мг/кг. Методами регрессионного анализа экспериментальных данных получено уравнение множественной регрессии, объединяющее морфометрический показатель растений, концентрацию Cu в субстратах и буферность почв по отношению к Cu. На его основе в координатах буферность почв–концентрация Cu на плоскости построена линия значений предельно допустимых концентраций Cu в почвах в диапазоне от 17 до 2047 мг/кг, позволяющая отделить зону допустимого развития растений ячменя (уменьшение морфометрического показателя на 15%) от зоны превышения принятого значения предельно допустимой концентрации Cu. Таким образом, предельно допустимая концентрация рассматривается не как фиксированная величина, а как функция концентрации Cu, буферности почв по отношению к тяжелым металлам и виду растения.