ИСТИНА

Разработка научных основ систематизации, хранения и цифровой обработки почвенной информации, а также разработка на их основе рекомендаций по устойчивому управлению почвенными ресурсами в условиях различных антропогенных воздействий (на с-х землях, в мегаполисах и при нефтедобыче)

The goal of this research is aimed at the development of the scientific approach to the systematisation, storing and digital processing of soil information as well as to development of recommendations for the sustainable management of soil resources under different human impacts (under agriculture, in the urban areas and oil mining).

◦ Созданы алгоритмы анализа дистанционной и наземной информации о почвах и почвенном покрове разных природных зон на основе цифровых технологий. ◦ Разработан прототип национального стандарта хранения, представления и обмена почвенными данными в распределенных сетях почвенных дата-центров и в составе природно-эколого-мониторинговых систем. Разработаны научные основы и принципы функционирования почвенных информационных систем федерального и регионального уровней. Разработаны методы и алгоритмы устойчивого управления земельными ресурсами на основе методов анализа и обработки больших данных в распределенных сетях почвенных информационных систем. ◦ На основе наземных исследований будет изучена трансформация почвенного покрова в условиях антропогенной нагрузки и нарушений, в частности: (1) трансформация почв агроэкосистем; (2) трансформация почв и растительности лесопарков мегаполисов, дана количественная оценка индикаторов нарушенности; (3) изучены закономерности образования, поглощения и эмиссии парниковых газов почвами мегаполиса; (4) разработаны подходы к экологической оценке и нормированию загрязненных, в том числе нефтезагрязненных почв земель разного хозяйственного использования; (5) разработаны и апробированы геоботанические, ландшафтные и почвенные индикаторы состояния болотных экосистем севера Западной Сибири и центральной России. ◦ На основе разработанных алгоритмов анализа дистанционной и наземной информации, географических баз данных и подходов к экологической оценке почвенного покрова будет оценено состояние почвенного покрова различных регионов страны и даны рекомендации по оптимизации его использования, в частности: (1) по снижению деградации почв агроэкосистем; (2) по повышению экологического потенциала городских лесных экосистем в условиях антропогенной нагрузки; (3) по оптимизации хозяйственного использования городских территорий и минимизации выбросов в атмосферу; (4) по снижению уровня загрязнения почв и восстановлению их экосистемных функций.

◦ На основе методов цифровой почвенной картографии разработан подход к анализу структуры почвенного покрова солонцовых территорий Прикаспия с использованием детальных космических снимков ◦ Обоснован подход к выявлению закономерностей временной и пространственной (в ответ на загрязнение) изменчивости фотосинтетически активной биомассы на основе анализа данных дистанционного зондирования Земли (Landsat 8, Sentinel-2, Modis) с использованием теоретического уравнения, выведенного ранее в рамках законов сохранения механики и макроскопической химической кинетики живых реагирующих систем. ◦ Создана, функционирует и постоянно развивается Информационная система «Почвенно-географическая база данных России». Она пополняется природно-почвенной информацией дата-центров Агрохимической службы, образующих с ИС ПГБД распределённую сеть. ◦ На основе многолетних исследований в таежной зоне Западной Сибири собран материал, характеризующий основные компоненты почвенно-растительного покрова заболоченных территорий, включая техногенно трансформированные болота. Составлены колонки ботанического состава торфяных залежей, получена информация о структуре почвенного покрова. ◦ Проведены модельные лабораторные эксперименты по водному миграционному, транслокационному, экологическому показателям для ряда почв. ◦ Показано, что естественные экосистемы, находящиеся в условиях городской среды, в основном сохраняют черты своих естественных аналогов по почвенным показателям, биомассе мезопедобионтов, фитомассе и биотической структуре, но претерпевают внутриструктурные преобразования, в том числе изменение доминантного комплекса растительности и мезофауны, увеличение скорости разложения подстилки и целлюлозы, изменение в трофических связях. ◦ Имеется база данных по многолетним наблюдениям эмиссии парниковых газов из городских почв на застроенных территориях рекультивированных полей фильтрации сточных вод, несанкционированных свалок и засыпанных пойм рек

Этап 1. Использование и охрана почвенного покрова является одной из сложнейших проблем современного почвоведения. Ее решение возможно лишь на основе глубоких и разнообразных научных знаний и должной организации практических мероприятий. И то и другое невозможно без достоверной информации о состоянии почв. Сбор такого материала, обмен опытом использования почв и их охраны является целью настоящего исследования. Сегодня крайне важно получить возможность быстро и просто извлекать необходимые массивы данных и использовать их в аналитических и прогностических целях на разных уровнях. Результат - превращение исходных данных в полезную информацию. Для достижения этой цели важно решить задачи систематизации собранных данных и их обработки. Кафедра географии почв ведет разноплановые исследования в этом направлении. Большое внимание уделяется изучению городских почв. Было показано, что скорость разложения лесного опада величина изменяющаяся во времени и пространстве, зависящая как от локальных условий, в том числе микрорельефа, так и от межгодовых погодных колебаний в вегетационный период. Сравнение данных по скорости разложения опада за несколько лет позволило установить увеличение ее при нагрузке по азоту на уровне критических значений. Работы по изучению эмиссии парниковых газов из городских почв показали, что она в кадастрах не учитывается, хотя может быть значительна. В исследованиях кафедры молодые реплантоземы характеризовались наибольшей метаногенерирующей способностью среди почв селитебной зоны. Максимальная скорость потенциального окисления метана наблюдалась в урбостратоземах. Эмиссия метана происходила из реплантоземов, а слаборазвитые, серогумусовые техногенные почвы. Урбостратоземы и почвы парка по медианным значениям выступали стоком атмосферного метана. Проведены предварительные подсчеты выбросов метана и углекислого газа в атмосферу из почв поселка Коммунарка в летний период (площадь исследованных почв 0,5 км2). По медианным значениям 2020 года из почв в атмосферу поступило 680 т СО2 экв углеродсодержащих парниковых газом, по максимальным оценкам на основе трехлетнего мониторинга могло выделиться до 1430 т СО2 экв. Исследования торфяных почв выявили, что в настоящее время обширные гомогенные ареалы торфяных почв верховых болот в результате загрязнения нефтью, а нередко и под воздействием других факторов антропогенного воздействия, преобразовались в сложные неоднородные структуры, включающие следующие основные компоненты: - торфяные хемозёмы; - торфяные техно-топяные хемозёмы; - торфяные хемозёмы поверхностно переосушенные; - торфяные хемозёмы вторично эвтрофицированные. При этом каждая из названных групп торфяных хемозёмов различается по степени, глубине, химизму углеводородного загрязнения, засолённости, механической нарушенности (в т.ч. при фрезеровании и воздействии тяжёлой болотоходной техники), характеру растительного покрова. Установлено, что лизиметрические исследования могут быть рекомендованы как подход к установлению норматива допустимого остаточного содержания нефти в почве (далее в тексте ДОСНП) по водному миграционному показателю, исключающему воздействие на водные среды. Критерием установления норматива ДОСНП могут служить такие показатели как концентрация нефтепродуктов, оценка содержания моноароматических соединений по изменению оптической плотности фильтрационных вод и токсичность их для гидробионтов. Превышение нормативных значений ДОСНП в почвах нарушает их функционирование, а именно гидросферные функции, обеспечивающие защитный барьер для водных объектов, что приводит к миграции нефтепродуктов, в том числе легких фракций, их возможному попаданию в водную среду и, как следствие, изменению качества воды водных объектов. Показано, что торфяные почвы, обладая высокой сорбционной способностью, адсорбировали большое количество НП, выступая как геохимический барьер. Высокие концентрации НП, выше, чем максимальная сорбционная емкость (~60 - 80 г кг-1), приводили к изменениям внешней гидросферной функции торфяной почвы, и компоненты нефтепродуктов мигрировали вниз по профилю почв, а также в латеральном направлении. Активность каталазы, активность дыхания почвы (BR, Cmic, qCO2), показатели выживаемости и размножения Enchytraeus albidus показали значительную отрицательную корреляцию с концентрациями нефтепродуктов (НП), и, таким образом, они могут быть использованы в качестве индикаторов для установления допустимого остаточного содержания НП в торфяных почвах. Активность каталазы и дыхания являются первыми биоценотическими функциями экосистемы, которые реагировали на загрязнение почв НП. Базальное дыхание является ключевым критерием функции почвы в регулировании газов (особенно на торфяниках) и связующим звеном для регулирования экосистемных услуг. Изменения в функциях этих почв, вызванные изменениями физико-химических свойств почвы и условий окружающей среды, в конечном итоге приведут к потере экосистемных услуг. Биологические параметры могут быть использованы в качестве основы для оценки загрязненных НП почв и способствовать сохранению экологического баланса в окружающей среде. С другой стороны, способность прогнозировать функции почвы при различных нагрузках при нефтедобыче может быть использована для анализа рисков и регулирования деятельности по добыче нефти и, таким образом, обеспечивать устойчивое развитие общества при одновременной защите экосистемных услуг. По результатам исследования дана пространственно распределенная оценка экологического состояния земель Европейской части России на объективной основе детальной космической съемки всей ее территории в качестве эталона для дальнейшего мониторинга земель и контроля эффективности национальных мероприятий по землепользованию. Методика оценки экологического состояния земель по индикаторам состояния растительности и почв, получаемым с использованием облачной технологи на основе платформы Google Earth Engine и обработкой материалов дистанционного зондирования Земли из космоса (аппаратами AVHRR и MODIS), обеспечивает результаты, адекватные действительному состоянию земель и рекомендована к применению на всей территории Европейской части России. Получены карты распределения значений индикаторов, характеризующих для каждого пикселя направление изменения, качество функционирования, продукционную способность и смену типов растительного покрова, а также запасы углерода органического вещества почв. Получены карты распределения значений обобщающего индикатора деградации земель, характеризующие экологическое состояние земель за опорный период. Выявлены основные факторы деградации земель на территории Европейской части России и дана оценка рисков деградации земель. Усовершенствованы разработанные архитектурно-организационные принципы для построения информационных систем агроэкологического почвенного мониторинга и, более широко, пространственно-природных данных сочетающие в себе как типовые принципы Big Data, так и особенности пространственно- распределенных мониторинговых сетей. Для почвенных данных (также как и для геологических, ботанических и водных) разрабатываются специальные стандарты описания и обмена данными эти почвенные стандарты близки с стандартам ISO 28258, и также не являются законченным продуктом, а развиваются по мере развития исследования в целом. Сформированы принципы объединения национальных узлов (GeoNode) в глобальную почвенную систему GloSIS. В ИС ПГБД РФ Национальный узел обмена почвенными данными подготовлен (аппаратно-системные работы) на базе суперкомпьютера Ломоносов-2 – в виде тестового комплекса https://datacenter.soil.msu.ru/app-platform/edu/. Проведен анализ использования подходов почвенной спектроскопии (soil spectroscopy), которая в мировой практике становится одним из ведущих методов оперативного анализа почв и составления почвенных карт, в особенности при работе в детальном масштабе на уровне поля и хозяйства. Подходы почвенной спектроскопии предлагаются в мировой практике в качестве основы для мониторинга состояния почв и решения современных вызовов, связанных с изменением климата, устойчивым управлением и продовольственной безопасностью. Как показывает проведенный анализ литературы по спектроскопическим исследованиям почв, на настоящее время наиболее успешно с помощью спектроскопического оборудования, выполняющего сканирование в инфракрасном диапазоне (visNIR, MIR), можно успешно анализировать следующие свойства почв: рН, содержание органического углерода, общий углерод, содержание карбонатов, общий азот, гранулометрический состав, влажность завядания, емкость катионного обмена, засоление почв. Глобальная спектральная почвенная библиотека создана под руководством австралийского специалиста Р. Вискарра Росселя и содержит, по данным на 2016 год, 23631 почвенных спектра (Vis-NIR диапазон) из почв 92 стран. Независимо от этой глобальной библиотеки, ряд организаций собирают собственные национальные почвенные спектроскопические библиотеки согласно собственным стандартам и списку анализируемых почвенных свойств. Проведенные исследования соответствуют запланированному техническому заданию и выполнены полностью. Полученные результаты могут быть использованы в решении задач в области почвоведения, экологии и сельского хозяйства. Этап 2. Рациональное землепользование на фоне растущих по значимости и масштабам экологических проблем представляет собой важный аспект устойчивого развития России. Обладая самым обширным земельным фондом в мире, отличающегося к тому же чрезвычайно высоким разнообразием, наше государство может использовать свои почвенные ресурсы как один из важнейших факторов достижения технологического суверенитета. Полученные коллективом ученых кафедры географии почв и кафедры земельных ресурсов и оценки почв данные, позволяющие существенно расширить почвенно-ресурсную базу страны, включают информацию по регионам России, испытывающим значительный антропогенный прессинг, как агрогенного (бассейн Оки), так и техногенного характера (Московский мегаполис, центр Западной Сибири, степное Заволжье). В число важнейших почвенно-экологических проблем, представленных в настоящем отчете, входят почвенно-экологическое районирование, анализ структуры почвенного покрова заболоченных территорий таежной зоны, специфика дыхания почв озелененных территорий городов, экологическое состояние почв при использовании сточных вод, экологическое нормирование в условиях нефтезагрязнения почв степных и лесостепных районов, функционирование почвенных информационных систем федерального и регионального уровней. Выполненное почвенно-экологическое районирование Окского бассейна, заложив основы для рационального использования природного потенциала территории, позволяет разрабатывать подбор систем земледелия, адоптированный к ландшафтным условиям выделенных единиц районирования, а также прогнозировать развитие ландшафтов с учетом региональной специфики почвенного покрова. Выделенные округа сочетаются с основными типами морфодинамических структур, включая возвышенности, низменности. В свою очередь, границы районов являются динамичной величиной, отражающей современное состояние изучаемой территории, состав почвенного покрова, эрозионный потенциал, сельскохозяйственное использование. Проведенный на основе почвенно-экологического районирования бассейна реки Оки анализ землепользования показывает динамику пастбищно-пахотных земель, что дает возможность разрабатывать пути повышения эффективности их использования. Установлено изменение фракционного состава соединений тяжелых металлов (ТМ) в дерново-подзолистой супесчаной почве, загрязненной в результате применения осадка сточных вод (в течение ряда лет до 1990 г.) и находящейся последние 10 лет в залежном состоянии. При инокуляции почв ризосферными бактериями происходит увеличение содержания подвижных и связанных с органическим веществом соединений кадмия. Для соединений цинка, меди и свинца отмечено также значительное увеличение содержания этих элементов во фракциях, связанных с соединениями железа. Одновременно наблюдается снижение содержания кадмия в надземной части растений пшеницы для вариантов, инокулированных бактериями P. fluorescens 21 в 2, 8 раза и в 1,9 раза для вариантов с P. putida 23. Содержания цинка снизилось в надземной части растений пшеницы для вариантов с внесением бактерий P. fluorescens 21 в 1,8 раза, а в вариантах с P. putida 23 в 1,4 раза. Изменилось соотношение содержания элементов в корнях и надземной части растений при инокуляции ризосферными бактериями. Значительно увеличилось содержание ТМ корневой системе растений пшеницы и уменьшилось в надземной части растений. Максимальную разницу наблюдали для наиболее токсичного элемента - кадмия превышение содержания которого в корнях растений пшеницы над содержанием в надземной части растений составляло 1:9 без обработки бактериями и 1:18 - при инокуляции P. fluorescens 21 и 1:12 при инокуляции P. putida 23, можно предположить, что бактерии способствуют увеличению барьерной функции растений и их устойчивости к загрязнению почв. Отмечено также увеличение биомассы растений пшеницы на 10-12% в вариантах, обработанных ризосферными бактериями. Таким образом, соотношение содержания элементов в корнях и надземной части растений является характеристикой барьерной функции растений и их устойчивости к загрязнению почв, причем бактерии способствуют увеличению барьерной функции растений и их устойчивости к загрязнению почв. Исследования по структуре почвенного покрова заболоченной равнины северотаежной подзоны Западной Сибири (бассейн р. Казым) показали, что она отличается высокой неоднородностью, связанной, в первую очередь, со значительным педоразнообразием болотных ландшафтов. Почвенный покров изученных таежных участков, по сравнению с территорией центральных Сибирских Увалов, напротив, характеризуется меньшей неоднородностью. Предложенные ранее дополнения к систематике торфяных почв позволили выделить в составе почвенного покрова мезотрофные торфяные почвы, олиготрофные влажные регрессивные (почвы “черных мочажин” и озерков), расширенный спектр видов по ботаническому составу торфяного горизонта. В легенде к 34 картам почвенных ключей в масштабе 1 : 5000, охватывающих площадь 595.86 га, выделено 33 единицы почвенного картографирования, из которых 30 относятся к болотам. Среди единиц картографирования были выделены ЭПА, а также почвенные комбинации, включающие сочетания, комплексы, пятнистости и мозаики. Выделение в ландшафтах олиготрофных болот пятнистостей по ботаническому составу торфа и комплексов с участием влажных регрессивных торфяных почв в настоящее время приобретает большое значение, поскольку компоненты, входящие в эти комбинации, резко различаются по скорости минерализации органического вещества и, соответственно, по целому ряду свойств торфа. Свою лепту в неоднородность почвенного покрова вносят ареалы мезотрофных почв, характеризующиеся широким спектром таксонов на видовом уровне не только по ботаническому составу торфа, но и по мощности торфяной толщи и степени разложения торфа. По доле торфяных мезотрофных почв в составе почвенного покрова болот изученная равнинная территория в бассейне р. Казым близка к среднетаежной подзоне Западной Сибири. Площади контуров, занятых комплексами торфяных олиготрофных и мезотрофных почв на аапа болотах (5.34%), не подтверждают их широкого распространения, на которое указывает почвенная карта РФ в масштабе 1 : 2.5 млн. под редакцией В.М. Фридланда (1988 г.). Было выявлено определенное влияние фактора урбанизации на дыхание почв, имеющие ряд следующих особенностей: 6. В пик вегетационной активности максимальная эмиссия СО2 наблюдалась из серых почв с наименьшим и средним влиянием факторов урбанизации. Выделение углекислого газа с поверхности антропогенно-преобразованных серогумусовых почв было минимальным, несмотря на высокое содержание микробной биомассы. 7. Сезонная динамика эмиссии CO2 из почв участков с разным сочетанием факторов урбанизации имела одинаковые закономерности за три года мониторинга: интенсивность процесса зависела от температуры и летом была в 1,5-5 раз выше, чем осенью. В природных почвах отмечалось более контрастное снижение эмиссии СО2 от лета к осени, чем в антропогенно-преобразованных. Осенью выделение СО2 из антропогенно-преобразованных почв, как правило, было в 1,5-4 раза больше, чем из природных, то есть в холодный период они были более опасным источником СО2 в атмосферу, который не компенсируется поглощением в процессе фотосинтеза. 8. Средние и медианные значения эмиссии, базального дыхания и микробной биомассы почв были сопоставимы для участков площадью 1м2 (5 точек) и 12 м2 (20 точек). Коэффициент вариации показателей дыхания почв был наименьшим на участках с минимальным влиянием факторов урбанизации. На 20-ти точках на природных почвах коэффициент вариации снижался, на антропогенно-преобразованных – увеличивался по сравнению с 5 точками. 9. Пространственная неоднородность эмиссии СО2 на участке Битцевского лесопарка, расположенного вблизи автодорог и жилых домов, определялась сочетанием содержания углерода органического вещества почв, реакции среды, базального дыхания и признаков антропогенного нарушения поверхности почв. На окраинах лесопарка наибольшая эмиссия СО2 соответствовала участкам с повышенным содержанием органического вещества и слабокислой реакцией среды. В средней и дальней частях лесопарка эмиссия СО2 соответствовала распределению базального дыхания почв, которое уменьшалось в местах, подверженных захламлению бытовым мусором. 10. Запечатывание поверхности на озелененных территориях может способствовать усилению эмиссии СО2 из непосредственно прилегающих к ней почв в 1,5-2 раза по сравнению с незапечатанными территориями за счет боковой диффузии газа. Специальные исследования по разрушению полевых шпатов крупных фракций подзолов, проведенные на северо-востоке Костромского Заволжья в подзоне южной тайги, указывают, что оно имеет наиболее выраженный характер в тонкопесчаной фракции подзолистого горизонта. При этом значительная потеря в этом горизонте валового содержания таких элементов как калий, кальций и алюминий может свидетельствовать о поступлении в почву элементов минерального питания. Однако, для более полного раскрытия темы в дальнейшем необходимо расширение перечня объектов исследования с учетом разнообразия природных условий. Предложена модель экологического нормирования нефтезагрязненных почв по изменению биогеоценотической функции, определяемой по сухой биомассе выращенных на этих почвах растений. В вегетационном опыте были использованы семяна пшеницы и гороха для нормирования нефтепродуктов в почвах после испарения летучих фракций в ходе проведения рекультивационных работ. ДОСНП в Чт с содержанием гумуса ~ 12,8%, среднесуглинистого состава составляет 1,2 г•кг-1; ДОСНП в Чю с содержанием гумуса ~ 7,6%, тяжелосуглинистого состава составляет 0,5 г•кг-1; ДОСНП в Чв с содержанием гумуса ~ 9,8%, легкосуглинистого состава составляет 1,1 г•кг-1. Разработка основ функционирования почвенных информационных систем федерального и регионального уровня позволила сформулировать следующие основные принципы: 1. Децентрализации сбора и хранения почвенной информации, использование для этих целей распределенной сети региональных дата центров. 2. Аккумуляции почвенных данных по месту их получения, т.е. в региональных почвенных дата центрах. 3. Участие различных организаций, генерирующих мониторинговую информацию, осуществляющих векторизацию и наполнение баз архивных данных, выполняющих обработку данных дистанционного зондирования (ДДЗ), разработку алгоритмов и пространственно-статистический анализ. 4. Возможность генерирования информации – «по запросу» в стандарте GeoRSS (основанном на стандартах OGC). 5. Использование, наряду с коммерческими продуктами, программных комплексов с открытым исходным кодом и почвенно-природной, административно-аграрной информации, находящейся в открытом доступе. 6. Совместное использование разнородных материалов «почвенного наследия», актуальных (почвенных и агрохимических) данных и административно-аграрной информации, находящейся в открытом доступе. 7. Формирование программного обеспечения, ориентированного на специфику сбора данных в региональных дата центрах. 8. Использование набора алгоритмов отвечающим региональным особенностям объекта исследования. 9. Пополнение региональных дата центров на основе управления проектами, связанными с их профессиональными задачами: ведения перечня проектов, оцифровка материалов проекта, обязательное занесение результатов проекта в базу данных регионального дата центра. 10. Хранение в региональных дата центрах данных на одну дату, отсутствие дублирование информации и централизованное редактирование данных администратором центра. 11. Получение клиентом результата - среза актуальной (архивной) информации для заданной зоны, размеры который определяются правообладателем информации. Этап 3. В настоящем отчете было проанализировано состояние почвенно-растительного покрова территорий, находящихся или находившихся в недавнем прошлом под интенсивным агрогенным и техногенным воздействием, выявлены современные тенденции в землепользовании, обусловливающие характер изменений почв и растительности в различных ландшафтах европейской части России, предложены рекомендации по сохранению ресурсного потенциала земель и устойчивому развитию сельскохозяйственных регионов. Поставленные задачи выполнены в полном объеме. Результаты выполненной научно-исследовательской работы соответствуют по своему уровню и актуальности полученных данных лучшим достижениям в рассматриваемых в данном отчете областях почвоведения и экологии. Анализ постагрогенных фитоценозов, характерных для начальных и промежуточных стадий зарастания доклимаксных сообществ в Волжско-Окском междуречье показал, что они способны постепенно восстанавливать продукционный потенциал естественных фитоценозов и в некоторых случаях превосходить его, но отличаются от них видовым составом. В результате зарастания сельскохозяйственных угодий снижается биоразнообразие сообществ, так как зарастание на территории разных ландшафтов с отличающимся почвенным покровом идет по общим сукцессиям, имеет место нивелирование ландшафтных особенностей фитоценозов, появляются сходные виды растений и сообществ. В целях сохранения и последующего восстановления биоразнообразия представляется целесообразным при распашке территорий перемежать пахотные угодья с необрабатываемыми участками достаточно большого размера, которые могут служить банками семян и зачатков аборигенной растительности в целях сохранения фиторазнообразия. Кроме того, очевидно, что близкое расположение пахотных угодий больших площадей лишает естественных биотопов для насекомых-опылителей, что также негативно сказывается на сохранении и поддержании биоразнообразия естественных ландшафтов и экосистем. Состояние сельскохозяйственных пойменных угодий в районе поселка Колва – пастбищ на левобережье и сенокосов на правом берегу – в целом удовлетворительно. На западе обследованной левобережной поймы Колвы была обнаружена полоса из отдельных пятен замазученности длиной около 100 м и общей площадью загрязнения около 5 м2. Следует подчеркнуть, что уровень поверхностной замазученности почв поймы Колвы по площади на порядок ниже выявленного на этих же участках загрязнения в 1997 г. За пределами пятен замазученности значения содержания нефтепродуктов в поверхностном слое 0-20 см почвы не превышают установленных для аллювиальных почв нормативов (1 г/кг). В то же время следы нефтепродуктов на стволах деревьев указывают на сохраняющееся геохимическое воздействие нефтепромыслов на пойменные территории бассейна Печоры. По сравнению с Ханты-Мансийским Приобьем сельскохозяйственные угодья Печорского Севера, приуроченные к сравнительно узким поймам, в условиях гораздо меньшей заболоченности как пойм, так и внепойменных территорий оказываются потенциально более уязвимы в отношении поступления нефти, происходящего в результате аварийных разливов. Пастбищная дигрессия связанна с избыточным выпасом скота на некоторых участках левобережной поймы, приводит к нарушению целостности простирания дернового горизонта почвы (Aд) и уплотнение нижележащего гумусового горизонта (А или АС), развитию поверхностного глеевого процесса, ухудшению агроэкологических свойств почв в целом, неблагоприятному видовому составу луговых сообществ. Тем не менее, сельскохозяйственные земли находятся в достаточно стабильном состоянии. Так, массовое внедрение в травостои щучки дернистой наблюдалось на Печорском Севере уже в середине ХХ века [73], а в 1997 г., по нашим наблюдениям, она господствовала в сообществах пастбищных лугов, расположенных поблизости села Колва. Тогда же были отмечены и другие признаки пастбищной дигрессии (скотобойные тропы, нарушение дернины). Сенокосные угодья поймы по своей продуктивности и уровню засоренности сорняками в целом соответствуют состоянию пойменных земель региона. В качестве рекомендаций землепользователям можно предложить такие меры по улучшению сенокосов, как снижение доли ядовитых растений, выявленных в ходе обследования, а также борьбу с луговыми сорняками, снижающими качество сена, путем регулярного подкашивания наиболее засоренных участков в течение вегетационного сезона с целью недопущения их обсеменения. Предельный уровень содержания НП в почвах Терско-Кумской низменности устанавливался на основании оценки изменения активности дыхания для светло-каштановой (С-К) и лугово-каштановой почв (Л-К) и с учетом изменения каталазной активности для светло-каштановой почвы. Предельный уровень содержания НП, при котором происходят изменения биотического отклика, зависит от сорбционной способности, степени гумусированности и гранулометрического состава почвы. Первые достоверные изменения в С-К почве наблюдались при 0,4 г кг-1, в Л-К слабозасоленной почве — до 1,6 г кг-1, которые можно рассматривать как изменение в функционировании почвы и трактовать как норматив качества почв. Пороговая концентрация НП (условно величина ДОСНП) для С-К почвы установлена как 2,5 г кг-1; для Л-К слабозасоленной почвы — 4,3 г кг-1. При превышении пороговых концентраций НП, установленных по изученным показателям, функционирование экосистемы нарушается и требуется проведение рекультивационных работ. Установлены закономерности выщелачивания компонентов фосфогипса из грунтов на его основе и изменения отклика биотестов от состава выщелачиваемых растворов, формирующихся при поступлении атмосферных осадков. Негативное воздействие на гидробионтов обуславливает инфильтрация кальция, сульфатов, фторидов, фосфатов, стронция, которое прекращается при поступлении атмосферных осадков в количестве от 200 до 400 мм атмосферных осадков (в зависимости от доли фосфогипса в грунте); поступление сульфатов и кальция сохраняется неизменным. Выявлены закономерности отклика высших растений, водорослей и почвенной микробиоты на содержание (в долях) фосфогипса и среднюю геометрическую концентрацию (в мг/кг) фторидов, фосфатов, стронция, сульфатов и кальция в почвогрунте. Кривые «доза-эффект» описаны макрокинетической моделью биологического роста на многокомпонентном субстрате (Гендугов, Глазунов, 2014). Анализ особых точек модели позволил установить пороговые среднегеометрические концентрации названных поллютантов, а также определить такое их содержание в почвогрунте на основе фосфогипса, при котором они не оказывают негативного воздействия на биологические показатели. Почвогрунты на отвале фосфогипса возрастом 25-50 лет характеризуются стабильным компонентным составом, миграция компонентов которого не приводит к негативному воздействию на биологические показатели; сами почвогрунты обуславливают устойчивое произрастание высших растений и функционирование микробиоты. С учетом установленных доз фосфогипса в грунте, не оказывающем негативное воздействие на биоту, и закономерностей выщелачивания его компонентов при поступлении атмосферных осадков представляется целесообразным существенно расширить возможности применения фосфогипса при ликвидации горных выработок, рекультивации нарушенных земель. Ввод в оборот неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения – актуальная задача текущей программы развития Тверской области. При этом, как показывают исследования, сложившиеся в Тверской области фактические дозы внесения минеральных удобрений на порядок ниже научно обоснованных, а вынос питательных веществ из почвы значительно превышает их поступление. Урожай сельскохозяйственных культур формируется в основном за счет естественного почвенного плодородия, обедняя почву. Кроме того, зафиксировано сокращение применения органических и минеральных удобрений, известкования кислых почв, фосфоритования почв с низким содержанием подвижного фосфора Недостаточное поступление удобрений ведёт к дегумусированию почвы с прогрессирующим ухудшением её физических, химических и биологических свойств. Перечень фактически возделываемых культур мало соотносится с рекомендуемым. Не соответствующие рекомендованным культуры могут быть менее устойчивы к воздействию экстремальных погодных условий, таких как засуха, обильные дожди, морозы. Это приводит к снижению урожайности и повышению риска убытков для сельскохозяйственных предприятий. Кроме того, возделывание неподходящих культур требует дополнительных затрат на обработку почвы, удобрение, орошение и другие агротехнические мероприятия, что увеличивает затраты на производство. Также важно учитывать, что возделывание культур, не подходящих по агроклиматическим условиям, может привести к деградации почвы и истощению её плодородных свойств, что в долгосрочной перспективе может негативно сказаться на урожайности и устойчивости сельскохозяйственного производства. Была реализована многоязычная модель формализованных почвенных описаний в виде структуры данных программного комплекса SoilML MultyL. Этап 4. В результате исследования были сформулированы предложения по развитию экологического нормирования почв в России, изложены результаты дальнейшего совершенствования информационных систем хранения, представления и обмена почвенными данными, произведен анализ пространственного распределения почвенно-экологических факторов, значимых при возделывании ряда продовольственных и непродовольственных культур, выполнена комплексная экологическая и экономическая оценки землепользования на региональном уровне (Тверская область), выявлены возможности снижения эмиссии CO2 из почв городских газонов (Москва). Поставленные задачи выполнены в полном объеме. Результаты выполненной научно-исследовательской работы соответствуют по своему уровню и актуальности полученных данных лучшим достижениям в рассматриваемых в данном отчете областях почвоведения и экологии. С целью совершенствования нормирования почв было осуществлено исследование почв под лесами национального парка «Государственный комплекс «Завидово»», как эталонных участков, характеризующих геохимический фон территории, поскольку условное фоновое содержание ХЭС принято в качестве нормативного показателя, устанавливающего границу между загрязненной и незагрязненной почвой за пределами населенных пунктов и сельхозугодий. В пределах национального парка доминируют дерново-подзолистые почвы различной степени гидроморфизма [12]. Факторы, формирующие геохимический фон почвенного покрова, характеризуются высокой пространственной вариабельностью, обусловленной как сочетанием природных факторов, так и особенностями землепользования. Было установлено фоновое содержание тяжелых металлов в гумусовом горизонте почв (Cu, Zn, Pb, Ni, Cr, Mn), которое может использоваться при оценке региональных процессов геохимической трансформации почв в результате хозяйственной деятельности человека. Единственным элементом, повышение концентрации которого может быть связано с влиянием антропогенеза , может быть цинк. Для установления регионального фонового содержания химических элементов на сельскохозяйственных землях в качестве объектов изучения были выбраны светло-серые лесные легкосуглинистые почвы северо-востока Приволжской возвышенности (Чувашская республика), которые изучались в заложенной трансекте протяженностью 43 км (общее количество площадок – 53) . Локальные источники загрязнения почв тяжелыми металлами вдоль исследуемой трансекты отсутствуют за исключением узких отрезков пересекаемых придорожных полос транспортной сети. В ходе исследований была получена характеристика фонового содержания тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, As) в почвенном покрове территорий, формируемого природными факторами и сельскохозяйственной деятельностью. Содержание элементов в почвах находилось в пределах нормативных значений (ОДК) за исключением никеля, содержание которого превысило ОДК на 7,5% площадок, и мышьяка, концентрация которого выше нормативного значения на 2% площадок. Полученные данные представляют собой значения регионального фонового значения содержания химических элементов в почвах. Их использование в целях нормирования может быть рекомендовано в виде двухуровневой системы, первый уровень которой представляет собой фоновое значение концентрации элементов в почве в интервале допустимого отклонения Хср.±3σ. Функция первого уровня – предупредительная, указывающая на необходимость принятия мер по выявлению источника загрязнения и принятия мер по снижению негативного воздействия. В качестве второго уровня системы нормирования рекомендуется использовать значения ПДК/ОДК и его функцией является установление факта ухудшения состояния почвы и наступления экономической ответственности виновника загрязнения. Вопросы управления эмиссией парниковых газов были рассмотрены в ходе эксперимента, организованного на серогумусовых урбистратифицированных среднесуглинистых почвах мелкоделяночного опыта в Ботаническом саду МГУ имени М.В. Ломоносова на Ленинских горах в Москве. Было показано, что с помощью применения комплексных минеральных удобрений возможно регулировать потоки парниковых газов из экосистем городских газонов. В зависимости от соотношения NPK и других элементов, а также формы азота, удобрения оказывают неодинаковое воздействие на активность микробного сообщества почв, которые, в свою очередь, могут различаться обеспеченностью азотом, типом и количеством органического вещества, особенностью микробиома. Внесение комплексных минеральных удобрений на короткий период увеличивало почвенную эмиссию СО2 и базальное дыхание почв под газоном, максимально на 6-е сутки. Через 2 недели и месяц их прирост сокращался или снижался до контрольных значений и даже ниже. Экосистемное дыхание подчинялось таким же закономерностям. В краткосрочной динамике наименьшие интенсивность эмиссии СО2 и всплеск базального дыхания наряду с приростом микробной биомассы наблюдались при внесении Нитроаммофоски состава NPKS 21:10:10:2. Наибольшие изменения в функционировании микробного сообщества почв, наблюдаемые по максимальным значениям qCO2, выявлены при внесении Азофоски состава NPKS 21:10:10:2. Выявлен значительный вклад базального дыхания в эмиссию СО2 почвами, в отдельные периоды достигавший 81% при внесении большей дозы удобрений и 94% — меньшей. В связи с этим рекомендуется разрабатывать способы управления функционированием микробного сообщества почв для сокращения эмиссии диоксида углерода. Сезонная динамика эмиссии СО2 и микробного дыхания почв мелкоделяночного опыта была связана с изменением температуры: интенсивности процессов увеличивались от весны к лету и снижались осенью. Во все сезоны минимальные показатели эмиссии СО2 из почвы отмечены для участка с удобрением Нитроаммофоска состава NPKS 21:10:10:2. Исследованные почвы городских газонов, как правило, выступали стоком метана в незначительных количествах. Наибольшее поглощение СН4 наблюдалось в летний период. Внесение исследованных удобрений не привело к появлению эмиссии закиси азота из почв. Исследования пространственного распределения почвенно-экологических факторов территорий, рассматриваемых в качестве основы выявления оптимальных участков под возделывание непродовольственных и продовольственных культур, проводились на территории Учебно-опытного почвенного-экологического центра МГУ в Чашниково Московской области. В качестве углеродсберегающих и вместе с тем продуктивных с точки зрения сельскохозяйственного производства культур были выбраны кукуруза (Zea mays), люпин узколистный (Lupinus angustifolius), мискантус гигантский (Miscanthus giganteus). В процессе агроэкологической оценки учитываются две основных группы параметров: ресурсный потенциал почв и земель в соответствии с требованиями культур и экологическое состояние земель. Для реализации этих задач используются собственно ГИС и электронные базы данных. Наиболее значимыми из оцениваемых параметров являются пространственное распределение характеристик рельефа (мезорельеф, крутизна склонов, экспозиция склонов), почв и их свойств Предложена балльная оценка пригодности территории для выращивания непродовольственных и продовольственных культур. По ней создана синтетическая цифровая карта, отражающая степень благоприятности территории Чашниково для выращивания перспективных культур. На территории УОПЭЦ МГУ наблюдается высокая внутриполевая и межполевая неоднородность. В рамках существующей сетки полей наилучшие условия наблюдаются на склонах южной экспозиции, суглинистого гранулометрического состава. В связи с высокой востребованностью разработки научных основ систематизации, хранения и цифровой обработки почвенной информации, а также разработки на их основе рекомендаций по устойчивому управлению почвенными ресурсами в условиях различных антропогенных воздействий, необходимо создавать прототип национального стандарта хранения, представления и обмена почвенными данными в распределенных сетях почвенных дата-центров и в составе природно-эколого-мониторинговых систем. Кроме того, важно создание научных основ и принципов функционирования почвенных информационных систем федерального и регионального уровней. Производится наполнение баз данных путем оцифровки архивных и современных картографических материалов и включением в них материалов агрохимического мониторинга, проводимого Агрохимслужбой РФ, а также информации, получаемой в рамках Государственной программы эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения. Исходные данные, как архивные, так и актуальные, по оцифровке и векторизации, информация по формированию региональных реестров и наполнению баз данных размещены на «облачном» ресурсе http://gis.soil.msu.ru/fileshare/. Заканчивается подготовка Российской части отчета (2025 Status of the World’s Soil Resources report), выпускаемого раз в 10 лет о состоянии почв мира, в котором в части состояния питательных веществ в почве также использованы данные базы данных ЕФИС ЗСН. Материалы (средние данные по округам, схема расположения участков на карте и др.) размещены по ссылке https://datacenter.soil.msu.ru/fileshare/SOC 1meter/report 2025/. Объемы накопленных данных представляют собой около двух миллионов пространственных полигонов общей площадью в несколько сотен миллионов гектаров. Рассмотрены данные ЕФИС ЗСН на различных уровнях обобщения - от отдельного полигона до федерального округа. Анализируются при этом только пространственные аспекты почвенно-аграрного мониторинга. Результаты по мере поступления и формирования иллюстративных материалов записываются в облачное хранилище Информационной системы «Почвенно-географическая база данных Российской Федерации» (входит в состав Центра коллективного пользования) на суперкомпьютере «Ломоносов-2» (см. ссылку https://datacenter.soil.msu.ru/fileshare/SOC 1meter/report 2025/). В соответствии с программой возвращения земель в сельскохозяйственный оборот, типовые решения по созданию аграрно-почвенных дата-центров были созданы для региональных агрохимических центров Самарской и Саратовской областей, и Пермского края. В каждом из регионов проводилась не только векторизация и оцифровка почвенных данных, но и сбор актуальных данных агромониторинга, сопоставление крупномасштабных и мелкомасштабных почвенных карт регионов, создание регионального реестра почв и построение на этой основе методик и алгоритмов оценки земельных ресурсов и выработки рекомендаций. Взаимодействие с республиканской агрохимической станцией Минсельхоза и Аграрным университетом (республика Кыргызстан) с 2019 года позволило создать базовый дата-центр и начать работы по включению страны в список многоязычной базы данных почвенных описаний. Ежегодно происходит пополнение БД и сопровождение дата-центра совместно с представителями Кыргызстана. Сейчас в БД находится 12 таблиц (слоёв), содержащих как почвенные данные, так и профильные точечные, карты административного деления и карты угодий и землепользования, как на русском языке, так и на кыргызском. Осуществляется развитие ИТ-инфраструктуры, разработка интерфейсных решений и распределенной архитектуры сети дата-центров. Почвенный дата-центр (ПДЦ) МГУ для выполнения задач импортозамещения в качестве основной платформы выбрал Postgres Pro Enterprise — российская СУБД, представляющая собой глубоко переработанную редакцию СУБД PostgreSQL. Одним из способов противодействия глобальному изменению климата может быть внедрение систем земледелия, при которых сельскохозяйственные почвы смогут в значительной степени накапливать углерод. Создаются серии карт, в которых оценивался потенциал секвестрации органического углерода пахотными почвами России в верхнем 30-сантиметровом слое. При сохранении существующей практики землепользования в течение 20 лет суммарно потенциальную скорость секвестрации пахотными почвами РФ в слое 0–30 см можно оценить, как 8.5 Мт/год, при применении углеродсберегающих практик – до 25.5 Мт/год. Экономико-экологическая оценка эффективности использования земельных ресурсов Тверской области проводилась на основе использования коэффициентов экологической устойчивости территории, антропогенной нагрузки, антропогенной напряженности, степени устойчивости ландшафта, экологической напряженности территории, а также индекса лесистости территории, коэффициента интенсивности вовлечения земли в хозяйственный оборот и оценки доли земельных угодий, занимаемых сельскохозяйственными угодьями. Статистические данные были собраны за период с 2012 по 2021 год. Наиболее высокие показатели экологической устойчивости характерны для западных и северо-западных районов области, наиболее низкие – для западных районов. По расчетам коэффициентов антропогенной нагрузки можно заметить, что она практически равномерно распределилась по всей области. Однако антропогенная напряженность, разделила область на северную и южную часть, на очень слабо и слабовыраженную, в то время как с наивысшей напряженностью выявлен всего 1 район на севере области. С наименьшей степенью устойчивости ландшафта оказалось всего 4 района, разбросанных по всей области, при этом наибольшая степень устойчивости выявлена в 12 районах. Районы с наибольшей экологической напряженностью расположены в большей степени в центральной и восточной части области. За исключением двух районов (Осташковский и Вышневолоцкий) область имеет средние и высокие коэффициенты лесистости, более того, половина области имеет наивысшие индексы. Коэффициент интенсивности вовлечения земель в хозяйственный оборот значительно возрастает с запада на восток. Половина области интенсивно вовлечена в хозяйственный оборот. Доля пахотных земель также увеличивается с запада на восток, почти половина области активно занята сельским хозяйством. На основании представленных данных можно сделать вывод о выраженной географической неоднородности в показателях экологической устойчивости и антропогенной нагрузки в области. Западные и северо-западные районы демонстрируют наивысшие уровни устойчивости, что указывает на наличие благоприятных экосистем и меньшую степень вмешательства человека, в то время как восточные районы, в частности шесть районов, выделяются наименее стабильными показателями. Антропогенная нагрузка создает определенные напряженности, что особенно прослеживается в разделении области на северную и южную части. Для обеспечения экологической устойчивости области необходимо учитывать разнородность территорий, имея в виду как природные, так и антропогенные факторы. Для оптимизации управления природными ресурсами необходимо проводить комплексные исследования, направленные на устойчивое развитие, включая внедрение современных технологий эффективного землеведения и экологически чистых методов хозяйствования, что позволит достичь баланса между экономическим развитием и сохранением экологической целостности.