1.5.19. Почвоведение

В работе приведены результаты ординационного анализа псаммофитной растительности песчаных массивов бассейна Дона, являющихся уникальными для России ландшафтами и резерватами биологического разнообразия.

Впервые детально изучено содержание ртути в колонках донных осадков как биокосных системах Белого моря. Выявлены общие закономерности вертикального распределения и фоновые концентрации валовой ртути, характерные для донных отложений Белого моря и водных объектов его бассейна.

Доказано наличие общего принципа взаимосвязи и взаимозависимости между содержанием гумуса в физической глине, содержанием гумуса в почве и константами динамического равновесия полидисперсной системы почв, который описывается математической моделью. Разработка моделей основывается на концепции обобщения В. И. Вернадского «Достоверно зафиксированная связь между какими-либо явлениями может быть установлена и соответствующим образом формализована без изучения механизмов ее возникновения».

Излагаются некоторые узловые моменты научного творчества ученого-энциклопедиста В. И. Вернадского. Рассматриваются позиции ученого о биосфере как особой оболочке Земли и ноосфере как естественного этапа эволюции биосферы.

В статье рассматриваются подходы к созданию информатизационной инфраструктуры образования в почвоведении и особенности организации учебного процесса на современном этапе. Способы применения электронных учебников, сетевых средств, в том числе Интернета, тестового контроля качества знаний. Рассматриваются положительные и отрицательные черты учебного процесса в Болонском процессе. Описываются примеры техники и способов преподавания почвенного покрова мира и структуры почвенного покрова в связи с новыми требованиями.

Было исследовано влияние загрязнения свинцом, переменным магнитным полем, а также их сочетания на такие группы почвенных микроорганизмов, как аммонифицирующие, амилолитический, азотфиксирующие бактерии, а также микромицеты. Загрязнение оказывало существенное и разнонаправленное действие на численность почвенных микроорганизмов. Характер и степень этого влияния изменялись в зависимости от уровня воздействия каждого из факторов, при этом они не носили линейный характер.

На базе анализа глобальных закономерностей динамики биосферы обоснованы долговременные принципы охраны географического пространства и управления экосистемами. Показано, что гносеологические основы природообустройства заключаются в создании стартовых условий долговременного функционирования биогеосистемы на период обоснованного биологией системы долгосрочного экономического прогноза более 30 лет. Увеличение биологической продукции Земли возможно путем создания долговременных условий приоритетного развития корневой системы растений, долгосрочной стабильности и продуктивности биогеосистем. Предложена принципиально новая внутрипочвенная импульсная континуально-дискретная парадигма ирригации, перспектива которой в ликвидации деградации орошаемых почв, снижении расхода оросительной воды в 3–5 раз, обеспечение готовности человечества к изменению климата Земли. Предложена концепция биогеосистемотехники, что даст возможность синтезировать в России многоотраслевой инновационный прецедент очередного высокого технологического уклада рекреационного развития текущей цивилизации Земли. Разработаны теоретические основы технических средств устойчивого непротиворечивого управления биогеосистемой, создания в почвах дисперсных систем, позволяющих придать почве новое качество, изменять соотношение процессов седиментогенеза, педогенеза, литогенеза в пользу высокой продуктивности биологически активной фазы почвы в биосфере.

В работе проанализированы значения груза аутосомно-доминантной и аутосомно-рецессивной патологии в сельском населении 75 районов из 10 регионов/популяций России. Разброс значений образов районов в осях главных компонент обнаруживает положительную и значимую корреляцию со средневзвешенным значением индекса эндогамии (r=0,6), объясняя причины межрайонной вариабельности значений груза по регионам, и может рассматриваться в качестве популяционно-генетической характеристики.

С целью выявления эффекта компенсации плотностью (ЭКП) в растительных сообществах субальпийского пояса Западного Кавказа было проанализировано соотношение между числом и средней встречаемостью видов растений в пределах площадок 15—16 м2 с использованием метода численных экспериментов. Результаты показали, что: 1) сообщества с низким видовым богатством могут характеризоваться как низкой, так и высокой средней встречаемостью видов; 2) относительно высокие значения средней встречаемости видов наблюдаются преимущественно в изолированных ценозах; 3) преобразование природных местообитаний в антропогенные на высокогорных пастбищах не вызвало широкого распространения ЭКП.

Слабое загрязнение почв мышьяком оценивается регламентирующими документами в интервале от 2 фоновых значений до ПДК. Показано, что такая оценка для мышьяка некорректна, так как ПДК рассчитывается как превышение фона на 2 мг/кг.Предложено использовать с этой целью интервал содержания мышьяка от одного фона до ПДК. Другой информативной оценкой накопления мышьяка в почве является соотношение его концентраций к региональному фоновому значению, а при отсутствии таковой — к кларку в почве(Кк). Однако для этого показателя отсутствует оценочная шкала, что снижает его ценность как инструмента оценки степени загрязнения. В статье предложены оценочные градации.

Проведен физиолого-генетический анализ пестролистных химер variegated из коллекции хлорофильных мутантов подсолнечника Южного федерального университета. Все анализируемые мутанты, растения которых в течение нескольких десятилетий, наследуют с различной степенью выраженности, хлорофильные дефекты были получены на генетической основе одной инбредной линии с помощью индуцированного нитрозометилмочевиной мутагенеза. На основании полученных результатов: постоянное соматическое расщепление, однородительское материнское наследование мутантного признака, сниженное содержание в мутантной ткани хлорофиллов и каротиноидов, изменения внутренней структуры пластид, наличие на границе между нормальными и мутантными тканями гетеропластидных клеток сделан вывод о пластидной природе хлорофильных мутаций у пестролистных форм подсолнечника.

Существует множество примеров,  демонстрирующих, что различия ответа (в том числе низкая эффективность либо частое развитие побочных эффектов) на лекарственную терапию могут быть обусловлены SNP-полиморфизмом генов, кодирующих ферменты биотрансформации лекарств (Сычев Д.А.,  2010). Гены системы биотрансформации кодируют большую группу ферментов, участвующих в детоксикации ксенобиотиков. Процесс детоксикации условно разделяют на фазу активации ксенобиотиков с образованием промежуточных метаболитов; фазу детоксикации, когда происходит превращение промежуточных метаболитов в растворимые в воде нетоксичные продукты, и фазу выведения. Установлено, что в метаболизме   большинства лекарственных средств,  ключевую роль играют цитохромы первых трех семейств (Петров В.И. и  соавт., 2010). Важным свойством цитохромов является их высокая стереоселективность по отношению к субстратам. При этом известно, что в биотрансформации лекарственных препаратов может принимать участие как один, так и несколько цитохромов (Kazuma K. et al., 2012). Целью нашей работы было изучение распространенности полиморфизмов CYP1A1(Ile462Val), CYP2C9*2, , СYP2B6*2, СYP2B6*6, CYP3A4*1В среди жителей г.Ростова-на-Дону.

Приведены результаты исследований содержания и распределения марганца  в черноземе южном агроценозов центральной орошаемой зоны Ростовской области.  Образцы почвы отбирали по генетическим горизонтам  из 5 полнопрофильных разрезов: 2 – под озимой пшеницей; 2 – под виноградными растениями; 1 – под чистым паром. Для определения подвижных соединений Mn в почве использовали ацетатно-аммонийный буферный раствор, с последующим применением атомно-абсорбционной спектрометрии. Общее содержание элемента определяли с помощью рентгено-флуоресцентного анализа на приборе «Спектроскан МАКС-GV». Установлено, что содержание марганца, как валового, так и подвижного, в черноземе южном соответствует фоновому уровню и не превышает допустимых концентраций. Низкая подвижность биомикроэлемента  (1,6–5,0 % от валового) является региональной особенностью почвы. Биологические особенности возделываемых культур обусловливают содержание подвижных соединений марганца. Выявлена общая закономерность в распределении валовых и подвижных соединений Mn в чернозёме южном, обусловленная  биогенной аккумуляцией в верхней части гумусового горизонта. Установлены особенности внутрипрофильной дифференциации  валового и подвижного марганца по генетическим горизонтам чернозема южного: для валового марганца характерно плавное уменьшение вниз по профилю, для  его подвижных соединений – накопление в верхних гумусовых горизонтах, затем резкое снижение с увеличением щелочности почвенного раствора

В статье рассмотрены антропогенные и техногенные факторы, оказывающие воздействие на экологическое состояние ландшафтов Апшеронского промышленного региона и на компоненты экосистем гг.Сумгаит и Баку – почву, атмосферу, воду. На высоко-урбанизированной территории Апшеронского промышленного региона в районах расположения гг. Сумгаит-Баку главными источниками загрязнений являются выбросы нефтехимической, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности, добыча нефти на прилегающих к городу территориях, автотранспорт. Системный анализ состояния территории Апшеронского промышленного региона показал, что низкий уровень ассимиляционной емкости окружающей среды исследуемого региона определяется высокой степенью урбанизации, аридностью климата, незначительным весом экосистемы и невысоким естественным биоразнообразием, что определяет высокий уровень чувствительности к загрязнению и низкую репродуктивную способность по кислороду – всего 0,8 млн т/год. Обусловлено это особенностями растительного покрова (покрытость естественной эфемеровой растительностью только весной и осенью), повышением уровня грунтовых вод, невысоким биоклиматическим потенциалом, неблагоприятным водно-термическим режимом, отсутствием поверхностных вод, стока, наличием  высокоминерализованных, загрязненных водоемов, характерной неустойчивой взаимосвязью между отдельными компонентами в ландшафтах и отсутствием взаимной компенсации между ними.

Фракционный состав минеральных фосфатов в почве зависит от её генетических особенностей и  воздействия на почву различных факторов, в том числе антропогенных. Цель данного исследования – изучение фракционного состава минеральных фосфатов в черноземе обыкновенном при различных способах основной обработки. Исследования проведены в условиях полевого опыта на территории ЗАО Новобатайская Кагальницкого района Ростовской области.  Схема опыта: 1) отвальная вспашка (25–27 см), 2) дискование (10–12 см), 3) чизелевание (безотвальная обработка на глубину 25–27  см). Опытная культура озимая пшеница  (Triticum aestivum). Почва – чернозем обыкновенный карбонатный мощный глинистый на лессовидных глинах. Отбор почвенных образцов проведен до посева и в фазу выхода в трубку озимой пшеницы по слоям: 0–20, 20–40, 40–60, 60–80, 80–100 см. Фракционный состав минеральных фосфатов в почве определяли  по методу Чанга и Джексона в модификации Гинзбург-Лебедевой, валовой фосфор – с помощью рентгено-флуоресцентного анализа. Установлено, что чернозем обыкновенный карбонатный характеризуется достаточно высокими потенциальными возможностями в отношении обеспечения растений фосфором. Перед посевом озимой пшеницы содержание валового P2O5 колеблется от 0,17 до 0,19 %. На долю минеральных фосфатов в верхнем слое чернозема обыкновенного карбонатного приходится 42,0–43,0 % – при чизелевании и дисковании, при отвальной вспашке – 32,0 % от валового фосфора. В фазу выхода в трубку их количество несколько уменьшилось за счет интенсивного использования растениями. Основная доля минеральных фосфатов в черноземе обыкновенном карбонатном, независимо от способа основной обработки, представлена высокоосновными фосфатами кальция (Са-РІІІ), что определяется генетическими особенностями почвы. Растворимость фосфатов кальция с глубиной уменьшается. Безотвальные способы обработки (дискование и чизелевание) повышают содержание и доступность растениям минеральных фосфатов в черноземе обыкновенном карбонатном по сравнению с отвальной вспашкой. Однако отмеченное влияние по результатам первого года исследований не существенно, что свидетельствует о необходимости проведения многолетних исследований.

Показана чувствительность подхода расчета кадастровой стоимости к различным почвенно-географическим условиям Ростовской области. Максимальные величины отмечены для черноземов обыкновенных пятой агроклиматической подзоны, кадастровая стоимость которых может достигать 31 руб/м2. Минимальные показатели отмечены для седьмой и восьмой агроклиматических подзон, где отмечены минимальные показатели коэффициента увлажнения и агроклиматического потенциала. Величина кадастровой стоимости черноземов южных колеблется от 9,1 до 11,4 руб/м2, кадастровые стоимости каштановых и темно-каштановых почв варьируют от 8,4 до 8,8 руб/м2. В результате процесса осолонцевания снижение величины кадастровой стоимости для черноземных и лугово-черноземных почв, каштановых, лугово-каштановых и темно-каштановых может достигать 75 %. Самые низкие показатели кадастровой стоимости отмечены для светло-каштановых почв (с признаками осолонцевания) и солонцов – от 1,1 до 0,1 руб/м2. Работа выполнена по теме государственного задания: «Физические  основы экологических функций почв: технологии мониторинга, прогноза и управления».

Целью работы стало картографирование антропогенного ландшафта, созданного в горной тайге юга Западной Сибири в результате проведения горных работ при угледобыче, для определения его эколого-почвенного статуса. Исследование проводили методом закладывания транссект длиной 10 м, для фиксации длин сечения того или иного пересекаемого транссектой антропогенного местообитания с соответствующим почвенным контуром. В статье отражаются особенности развития почвенного покрова в антропогенных ландшафтах, который генетически резко отличается от почвенного покрова естественных ландшафтов. В нарушенных экосистемах в результате самозарастания формируются различные типы эмбриоземов, в естественных экосистемах под черневой тайгой определяются дерновые глубокоподзолистые, а под вторичными лесами – бурые таежные почвы. Картографирование показало, что при естественном самовосстановлении в антропогенных ландшафтах формируется мозаичный специфический почвенный покров, в составе которого присутствуют эмбриоземы: инициальные, органо-аккумулятивные, дерновые и гумусово-аккумулятивные. Эколого-почвенный статус выположенных участков под травянистой растительностью (площадки №1 и 3) хороший и удовлетворительный, так как по истечении 50 лет с момента начальной фазы антропогенеза, в почвенном покрове преобладают эмбриоземы поздних эволюционных стадий – дерновые и гумусово-аккумулятивные. Эколого-почвенный статус склоновых поверхностей (площадка №2) и участков под деревьями (№4) неудовлетворительный, но имеющий некоторые перспективы развития. Эколого-почвенный статус всего ландшафта можно считать удовлетворительным. Определены тренды направления развития почв. В составе почвенного покрова в ближайшей перспективе ожидается формирование: на выположенных участках – эмбриоземов гумусово-аккумулятивных, под деревьями – различных подтипов эмбриоземов органо-аккумулятивных (буроземоподобных, псевдооподзоленных).  В далекой перспективе прогнозируется формирование: на выположенных участках под таежным разнотравьем – грубогумусовых горных почв, под древесно-кустарниковой растительностью – бурых горно-таежных почв.

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.

 В силу значительных отличий эколого-генетических свойств, почвы Черноморского побережья Кавказа существенно разнятся по устойчивости к антропогенному воздействию. Цель настоящей работы — исследовать изменение активности каталазы в основных типах и подтипах почв Черноморского побережья Кавказа при загрязнении тяжелыми металлами (ТМ) и нефтью. В качестве загрязняющих веществ были выбраны нефть и ТМ (Cr, Cu, Ni, Pb), именно ими в значительной степени загрязнены почвы на юге России. Активность каталазы определяли методом Галстяна через 30 суток после загрязнения. В результате проведенных модельных опытов установлено, что загрязнение почв ТМ и нефтью, как правило, снижает активность каталазы почв Черноморского побережья Кавказа. По степени негативного влияния на активность каталазы почв Черноморского побережья Кавказа оксиды ТМ образуют следующий ряд: Cr > Cu ≥ Pb ≥ Ni. Были получены ряды почв Черноморского побережья Кавказа по степени снижения активности каталазы при загрязнении ТМ (почвы расположены по мере снижения их устойчивости): желтозем ≥ дерново-карбонатная типичная ≥ коричневая типичная ≥ коричневая карбонатная = дерново-карбонатная выщелоченная ≥ бурая лесная кислая ≥ коричневая выщелоченная ≥ бурая лесная кислая оподзоленная, и при загрязнении нефтью: коричневая карбонатная > коричневая типичная > дерново-карбонатная выщелоченная > бурая лесная кислая оподзоленная ≥ дерново-карбонатная типичная ≥ желтозем ≥ бурая лесная кислая.

Исследования вели на остпеняющихся участках заказника «Степь Приазовская», расположенном в учебно-опытном хозяйстве Южного федерального университета «Недвиговка» в Мясниковском районе Ростовской области.  Физические (плотность почвы и ее структурное состояние) и химические (содержание и состав гумуса) свойства изучали в почвах на разновозрастных залежах (3, 4, 5, 15 и более 60 лет), вариантом сравнения служил чернозем пахотного участка, непосредственно примыкавший к остепняющейся территории. Плотность почвы определяли методом режущего кольца. Состояние структуры (сухое и мокрое просеивание) изучали по методу Саввинова. Углерод органический определяли по И.В. Тюрину в модификации Орлова-Гриндель со спектрометрическим окончанием. Фракционно-групповой состав гумуса определяли по Пономаревой-Плотниковой. Объект исследования – чернозем миграционно-сегрегационный (Calcic Chernozem  по WRB, 2014), по классификации СССР называвшийся чернозем обыкновенный карбонатный, еще ранее известный как чернозем североприазовский. Остепнение чернозема, выражающееся в смене стадий сукцессий от корневищно-злаковой до типчаковой, с преобладанием плотнодерновинных злаков, сопровождается изменением почвенных свойств.  Установлено увеличение плотности сложения в первые годы оставления почвы в залежь, с последующим постепенным снижением величины этого показателя. Улучшается структурное состояние: по мере остепнения повышаются коэффициенты структурности и водопрочности агрегатов. Содержание гумуса возрастает в ряду пашня – 3–4 года – 5 лет – 10 лет – 60 лет залежи в образцах осеннего отбора, и мало отличается в период активной вегетации растений. Изменяется и качественный состав гумуса за счет увеличения содержания доли фульвокислот и уменьшения негидролизуемого остатка.