Публикации автора:
-
Концепция «жизнь как вычисление» в системном анализе почвенных процессов (обзор). часть 1
Перспективный аналитический обзор, цель которого – обосновать возможность применения для изучения сложной динамики почвенных процессов нового междисциплинарного подхода, основанного на концепции «жизнь как вычисление» (life-as-computation). В первой части обзора рассматривается потенциал применения метафоры и методологического аппарата концепции «жизнь как вычисление» к фундаментальным проблемам современного почвоведения, связанным с абиотической деградацией почв, динамикой органического вещества и влиянием климатических изменений. На основе анализа актуальных источников систематизированы современные вызовы, включая эрозию, засоление, переуплотнение, дегумификацию и трансформацию водно-теплового режима почв. На основе интегративного анализа, объединяющего методы теоретической биологии, биоинформатики и теории информации, показано, что к почве применим подход, интерпретирующий ее как вычислительную сеть, где биологические и химические процессы представляют собой алгоритмические взаимодействия. Таким образом открываются возможности для разработки более точных прогностических моделей. Эти модели могут быть использованы для оптимизации сельскохозяйственных практик и управления почвенными ресурсами.
-
Концепция «жизнь как вычисление» в системном анализе почвенных процессов (обзор). часть 2
Продолжение аналитического обзора, посвященного обоснованию возможности применения и ограничениям концепции «жизнь как вычисление» применительно к системному анализу ключевых почвенных процессов и решению актуальных проблем современного почвоведения. Вторая часть обзора посвящена анализу применимости концепции «жизнь как вычисление» к исследовательским задачам, лежащим на стыке почвенной биологии, антропогенной трансформации и методов обработки больших данных. Объектом анализа выступают проблемы сохранения биоразнообразия, функционирования урбанизированных почв, оптимизации землепользования и современного мониторинга (ГИС, дистанционное зондирование, ИИ). Показано, что почвенное микробное сообщество может рассматриваться как распределенная сетевая структура, реализующая принципы «биокомпьютации» через метаболические пути и горизонтальный перенос генов. Особое внимание уделено роли ризосферных взаимодействий как каналов информационного обмена в системе «почва-растение». Обсуждается, как методы искусственного интеллекта и машинного обучения, применяемые для классификации почв (включая городские) и прогнозирования их свойств, фактически являются «мета-уровнем» анализа вычислительных способностей педосферы. Показано, что концепция «жизнь как вычисление» открывает новые перспективы для системного анализа и моделирования почвенных процессов, однако её применение требует учёта эмерджентных свойств биологических систем; в целом, интеграция этой концепции в почвоведение способствует формированию новой методологической базы, отвечающей вызовам антропоцена.
-
Исследование содержания и запасов углерода в почвах запечатанных территорий ядра Ростовской агломерации
В статье представлены результаты исследования и расчета запасов органического углерода почв на запечатанных территориях городов Ростов-на-Дону, Аксай и Батайск. Особое внимание уделено обоснованию мощности слоя почвы, которую необходимо учитывать при расчетах запасов органического углерода. На основе анализа профильного распределения содержания органического вещества в погребенных почвенных горизонтах и сравнения с аналогичными горизонтами зональных черноземов, а также расчета средней глубины залегания почвообразующей породы (197 ± 19 см), установлена нижняя граница для запечатанных почв – 200 см. Данный слой позволяет учитывать весь гумусово-аккумулятивный профиль и получать более полные результаты. Средние значения содержания органического углерода составили 1,70 ± 1,86% и 0,75 ± 0,55% для верхних техногенных и погребенных горизонтов соответственно. Определены удельные запасы (на единицу площади) органического углерода в изученном слое для запечатанных почв Ростовской агломерации в целом. Они составили в среднем 178,18 ± 24,11 т/га. Доля верхних трансформированных горизонтов урбиков (UR) в общем пуле углерода составляет 30–40% (73,13 ± 63,57 т/га). Полученные данные позволяют оценить масштабы запасов органического углерода в урбанизированной среде и их вклад в общий углеродный пул. Результаты исследования могут быть полезны для понимания процессов накопления и трансформации органического углерода в городских условиях, а также для разработки мероприятий по сохранению и восстановлению почвенного органического углерода на урбанизированных территориях.
-
Опыт применения почвенной и листовой диагностики на газонных покрытиях, функционирующих в условиях Юга Европейской части России
На базе экспериментального стационара по изучению почвенных конструкций проведены полевые натурные эксперименты по апробации почвенной и листовой диагностики на разных этапах вегетации газонных трав. Показано, что валовое содержание N, P и K в наземной части растений, находящихся в искусственно поддерживаемой фазе кущения, соответствует медианным значениям данных элементов, присущих Festuca rubra. Данный факт доказывает, что внесение 5г N/м2, обеспечивает нормальное развитие газонных трав в течение сезона, не провоцируя взрывного роста надземной части растений в весенне-летний период. Несмотря на относительно высокое содержание органического углерода (3,1%) в корнеобитаемом слое отдельных конструкций, что считается достаточным для выращивания газонных трав, сохраняется дефицит доступных минеральных форм азота, что подчеркивает необходимость комплексного подхода к почвенной диагностике для обеспечения аттрактивности газонных покрытий.
-
Особенности реплантированных почв Ростовской агломерации
Изучение реплантоземов в условиях Ростовской агломерации, включая их морфологические свойства, содержание углерода, динамику эмиссии углерода, физические характеристики, показало, что мощность этих почв варьирует от 10 до 34 см, а под слоем реплантанта зачастую содержатся погребенные гумусовые слои, унаследованные от нативных черноземов. Антропогенные включения редки, но встречаются корни и камни. Среднее содержание органического углерода (С орг.) в исследуемых почвах составляет 2,52±0,51 %, что меньше, чем в черноземах залежных участков (3,25±0,94 %). Наибольшее содержание С орг. зафиксировано в почве парка Осенний (2,99±0,31 %), наименьшее – в сквере Локомотив (1,83±0,42 %). Эмиссия углерода растет с апреля по июль, затем снижается в августе-сентябре. Наибольшая интенсивность эмиссии зафиксирована на площадке Гольф&Кантри клуба «Дон», что обусловлено регулярным уходом и поливом. Общая пористость горизонтов RAT составляет 33–48 %, что близко к показателям природных черноземов (44 %). Гранулометрический состав горизонтов RAT преимущественно тяжелосуглинистый и схож с таковым в естественных черноземах обыкновенных карбонатных, преобладают фракции 0,25–0,05 и <0,001 мм, редко, но встречаются и реплантоземы облегченного гранулометрического состава. Плотность сложения в реплантированных почвах часто высока уже под реплантируемым слоем, что может негативно сказаться на росте растений и эрозионных процессах.
-
Удельная активность 40К, 137Cs, 226Ra, 232Th в системе почва-растение травянистых фитоценозов черноземов миграционно-сегрегационных Ростовской агломерации
В статье рассмотрены вопросы активности 40К, 137Cs, 226Ra, 232Th в черноземах миграционно-сегрегационных и произрастающих на них травянистых растениях. Изучали почвы в пределах Ростовской агломерации и в ООПТ Ростовской области. Для расчета коэффициентов выноса и накопления рассчитывали средневзвешенную радиоактивность почв для 10, 30, 100-сантиметровый толщи на местах отбора растительных образцов. Коэффициент биологического накопления 40К и 137Cs в травянистых формациях, сформированных на естественных почвах города и почвах ООПТ, превышает 1, что свидетельствует о их аккумуляции надземными частями растений. При этом наблюдается возрастание КБН с увеличением расчетной мощности корнеобитаемого слоя. Коэффициенты биологического накопления 226Ra и 232Th для всех изученных систем почва-растение близки к нулю.
-
Оценка активности 40К в профиле почв Ростовской агломерации
Изучена активность радионуклида 40К в черноземах и урбостратоземах Ростовской агломерации. Определение активности проводили на приборе Прогресс-Гамма, а также расчётным методом исходя из валового содержания калия в почвах. Отмечен процесс биогенного накопления 40К в поверхностных горизонтах. В почвообразующей породе не выявлено достоверных различий между фактической и расчетной активностью 40К, в то время как в горизонтах А и В расчетная активность достоверно выше, что говорит о более активном вовлечении 40К в биогенные круговороты нежели его стабильных изотопов. Процесс погребения сопровождается слабым изменением активности 40К в профиле, нивелируется разница между генетическими горизонтами, при этом достоверных различий между нативными и их погребенными аналогами нет. Гранулометрический состав не имеет прямого влияния на содержание 40К, вероятно, в первую очередь этот показатель обоснован минералогическим составом. Можно сделать предположение, что 40К хуже проникает в межпакетное пространство слоистых минералов по сравнению с 39К. По величине активности 40К тяжелые горизонты урбик генетически в большей степени связаны с нативными и погребенными горизонтами, особенно с иллювиальными горизонтами В. Средняя активность 40К для URл самая низкая среди всех исследованных естественных и антропогенных горизонтов, при этом достоверные различия характерны для всех фактических значений активности при сравнении URл с нативными, погребенными горизонтами и группой горизонтов URт.
-
Влияние гуминового препарата «BIO-Дон» на режим элементов питания в черноземе обыкновенном и качество плодоовощной продукции
Обработка гуминовым препаратом «BIO-Дон»растений чеснока и столовой свеклы в производственных условияхобеспечила прибавкумассы луковиц и корнеплодов в среднем на 13—20 %, и их увеличение в диаметре – на 8 %. При этом отмечен повышенный вынос элементов питания из почвы растениями, обработанными гуминовым препаратом.Применение гуминового препарата для обработки плодовых культур сочетанием приемов(внесение в почву в ходе капельного орошения и опрыскивание «по листу») также привело к увеличению выноса элементов питания из почвы: весной – азота и фосфора, во второй половине лета – калия. Это сопровождалосьулучшением качества продукции: значительным увеличением массовой доли растворимых сухих веществ (до 15 % по отношению к контролю) и титруемой кислотности (до 21 % относительно контроля) в плодах черешни и яблони. Урожайность яблони выросла более чем на 17 %. Статья подготовлена по материалам пленарного доклада на второй международной конференции «Проблемы и перспективы биологического земледелия», проходившей в on-line режиме 11 ноября 2016 года.
-
Разложение листового опада в черноземе обыкновенном карбонатном при загрязнении цинком и влияние на этот процесс гуминового препарата BIO-Дон
Корбань В. А. Михайлова Е. А. Пиргулян Е. А. Скрипников П. Н. Тагивердиев С. С. Федорец Д. Г. Шерстнев А. К. Горбов С. Н. Безуглова О. С.В модельном эксперименте изучалось разложение листового опада тополя белого в гумусово-аккумулятивном горизонте чернозема обыкновенного карбонатного (миграционно-сегрегационного). Варианты опыта включали искусственное загрязнение раствором сульфата цинка, а также полив водой с гуминовым препаратом. Продолжительность эксперимента 1 месяц. По истечении этого срока отбирали почву и разлагающийся опад. В почве определяли валовое содержание цинка рентгенофлуоресцентным методом и количество подвижных соединений цинка в ацетатно-аммиачной вытяжке на атомно-адсорбционном спектрометре. А также состояние структурных отдельностей методом сухого и мокрого просеивания. В водной вытяжке из разлагающегося листового опада определяли содержание углерода и азота. Установлено, что полив водой с раствором гуминового препарата способствует ускорению процессов разложения и гумификации опада из листьев: увеличивается концентрация углерода в вытяжке из разлагающегося опада, а также величина коэффициента цветности. Внесение с поливной водой сульфата цинка привело к высокой степени деградации почвы, и это снизило скорость разложения растительных остатков. Совместное внесение сульфата цинка и гуминового препарата ускоряет разложение растительного опада, практически снимая негативное влияние на этот процесс цинкового загрязнения. При внесении гуминового удобрения в почву происходит значительное увеличение доли агрономически ценных агрегатов и убедительный рост величины коэффициента структурности. Загрязнение цинком практически не влияет на результаты сухого просеивания, но резко увеличивает водоутойчивость агрегатов к разрушающему действию воды.
-
О локализации углерода в структурных фракциях черноземов и урбостратоземов
Изучены общие закономерности распределения различных форм углерода (TC, IC, TOC) между структурными фракциями черноземов и урбостратоземов. В Ростовской агломерации заложили 8 разрезов. Для анализа в урбостратоземах отбирали горизонты UR, [AU], [BCA], а в черноземах AU, BCA. Полученные образцы просеивали на ситах с разным диаметром отверстий (сухое просеивание для определения структурного состояния методом Саввинова). В полученных фракциях определяли содержание углерода (TC, IC, TOC) на анализаторе TOC-L CPN Shimadzu в приставке для сухих образцов SSM-5000A. Полученные выборки содержания углерода сравнивали по разным структурным фракциям с помощью критерия Вилкоксона для связанных выборок. Исследование показало, что общими для всего профиля черноземов миграционно-сегрегационных и урбостратоземов на черноземах является увеличение содержания органического углерода с уменьшением диаметра почвенных агрегатов. Такая же закономерность характерна для общего углерода. Неорганический углерод локализуется во фракции <0,25; 5–7; >10 мм. Минимальное содержание при этом характерно для фракции 1–2 мм.