Факультет почвоведения

Научная работа кафедр и лабораторий

Кафедра агрохимии (зав. – проф. В.Г.Минеев).

Кафедра завершила выполнение этапа НИР «Информационное обеспечение оптимизации плодородия почв путем комплексного использования агрохимических средств» темы «Агрохимические пути воспроизводства плодородия разных типов почв».

Анализ информации о состоянии использования агрохимических средств в отечественном и мировом земледелии показал, что за последние 50 лет производство и потребление удобрений в мире возросли в 10 раз, а средние дозы удобрений увеличились с 30–40 до 95–105 кг/га, достигнув в ряде стран 500–800 кг/га. Расширенное воспроизводство плодородия почв в ряде стран и независимость земледелия от конъюнктуры рынка, цен на удобрения обеспечивается государственными субсидиями. Большинство стран мира в ближайшие годы планируют увеличение применения удобрений.

В РФ в результате политики отказа от применения минеральных удобрений отмечается деградация плодородия почвенного покрова в агроэкосистемах, падает продуктивность земледелия, что ставит под угрозу продовольственную безопасность страны. Опыт цивилизованных стран мира показывает, что использование агрохимических средств является важнейшим условием успешного развития современного земледелия.

Проф. В.Г.Минеев (соавт.) за цикл работ «Функционально-экологические основы изучения, охраны, повышения плодородия почв и рационального использования почвенных ресурсов» удостоен Государственной премии РФ. В данный цикл включены 3 монографии В.Г.Минеева: «Агрохимия и биосфера» (1984), «Химизация земледелия и природная среда» (1990), «Агрохимия и экологические функции калия» (1999), посвященных научной разработке уникальных экологических функций агрохимии.

В 2002 г. опубликована монография В.Г.Минеева «История и состояние агрохимии на рубеже XXI века», книга 1 «Развитие учения о питании растений и удобрении земель от Древнего мира до XX столетия». В.Г.Минеевым и Т.Н.Болышевой написана глава «Деградация химических свойств почв» в монографии «Деградация и охрана почв».

Под редакцией В.Г.Минеева изданы материалы научно-практической конференции «Эколого-агрохимическая оценка состояния калийного режима почв и эффективность калийных удобрений».

Вед.н.с. Н.В.Верховцевой опубликовано учебное пособие «Экологическая физиология микроорганизмов» Часть 1 «Физиология микроорганизмов».

Сотрудниками опубликовано 25 статей в научных журналах и сборниках, 23 тезиса докладов на научных конференциях.

Кафедра агрохимии активно ведет подготовку научных кадров: защищено 5 кандидатских диссертаций, в том числе мл.н.с. Ю.Б.Соловьевой.

Кафедра географии почв (зав. – чл.-корр. РАН С.А.Шоба).

Научно-исследовательская работа кафедры проводится в рамках приоритетного направления «Эколого-функциональная и эколого-генетическая география почв» по трем темам, утвержденным Ученым советом факультета.

По теме «Эколого-функциональная география почв» в прошедшем году были продолжены исследования палеофауны раковинных амеб ледовых комплексов побережья моря Лаптевых позднеплейстоценового и голоценового возраста. Видовое богатство тестаций составило 86 видов и внутривидовых таксонов, что сравнимо с почвенным населением лесотаежной зоны. Было показано, что метод ризоподного анализа является важнейшей характеристикой гидрологического режима местообитаний. Видовой состав позднеплейстоценовой и голоценовой фаун раковинных амеб имеет значимые различия, подтвержденные результатами корреспондентского анализа. Позднеплейстоценовая климатическая обстановка отличалась более холодными и сухими периодами по сравнению с голоценом, в котором более широко распространены были гидроморфные почвы.

Другой важной частью этого исследования стал анализ видового состава современной фауны ризопод побережья моря Лаптевых и Якутии. Составлена электронная база данных по рецентной фауне ризопод данного участка тундры, которая послужит основой для сравнительного анализа современного и позднечетвертичного населения раковинных амеб.

Впервые состав раковинных амеб был использован для палеореконструкции гидрологического режима мезотрофных местообитаний на участке поймы р. Днепра (археологический памятник «Гнездово»). Ризоподный анализ был проведен в комплексе других микропалеонтологических методов. Выявлена большая чувствительность населения простейших по сравнению с другими организмами диатомовыми водорослями, пресноводными губками, высшими растениями.

По теме «Эколого-генетическая география почв» собраны и проанализированы литературные и картографические материалы по характеристике экологических условий и почвенного покрова, статистические данные по учету земельных ресурсов, разработана легенда и составлен авторский макет Карты почвенно-экологического районирования на территорию Западно-Сибирской равнины в масштабе 1: 2 500 000.

По теме «Землепользование и картография почв на основе геоинформационных систем» была написана монография «Состояние почвенно-земельных ресурсов в зонах влияния промышленных предприятий Тульской области». Данная работа была посвящена анализу состояния почвенно-земельных ресурсов Тульской обл. В Тульской обл. применение методов экологического нормирования позволило оценить степень необратимости техногенного изменения почвенного покров в области. С учетом оценки состояния почв и земельных ресурсов Тульской обл., проведена оценка состояния окружающей среды в целом. Представлена серия картосхем, характеризующих те или иные виды и уровни загрязнения Тульской обл. В рамках изучения почвообразующего потенциала природных факторов методом пространственных моделей (грант РФФИ NQ 00-0448916) подготовлены две электронные публикации. Начаты работы по верификации построенных моделей путем сопоставления картографических образов почвообразующего потенциала природных факторов с контурами почвенной карты, интерпретированной с точки зрения наличия тех или иных горизонтов.

Кафедра земельных ресурсов и оценки почв (зав. – проф. А.С.Яковлев).

Студентам кафедры читаются спецкурсы: «Научно-теоретические правовые основы экологического нормирования в области землепользования и охраны почв», «Оценка почв и земель», «Управление (менеджмент) в области оборота земель, землепользования и охраны окружающей среды», «Правовые основы охраны почв и земель», «Геоинформационное сопровождение оценки и управления земельными ресурсами», «Земельный кадастр и бонитировка почв», «Оценка воздействия отходов на состояние почв и земель», «Химико-аналитическое обеспечение экологического нормирования и контроля почв и земель», «Сертификация и стандартизация почв и земельных ресурсов», «Почвенно-ландшафтное планирование территории», «Биологические методы экологического нормирования почв и субстратов», «Экологическая экспертиза, ОВОС, страхование экологических рисков в области землепользования и охраны почв», «Топливно-энергетический комплекс и охрана почв», «Экологическое нормирование в области землепользования и охраны почв в аридной зоне», «Лицензирование и инновационная деятельность».

Таким образом, учебный план кафедры земельных ресурсов и оценки почв ориентирован на подготовку научных сотрудников и преподавателей, государственных служащих федерального, регионального и муниципального уровней, руководителей государственных предприятий, менеджеров частных фирм.

Коллектив кафедры сформировался из группы инициативных ученых и преподавателей кафедр географии почв и химии почв, долгие годы тесно сотрудничавших с природоохранными ведомствами РФ. Результатом указанного сотрудничества явились 6 региональных монографий, содержащих оценку экологического состояния почвенного покрова и других природных сред изучавшихся регионов.

Основными научными направлениями новой кафедры являются:

– экологическое нормирование естественных и антропогенно преобразованных почв и земельных ресурсов. В рамках указанного направления предполагается проводить разработку теоретических основ экологического нормирования, включая определение экологической нормы для почв различных природных зон и земель различного хозяйственного назначения;

– оценка почв и земель.

Основным содержанием исследований по этому направлению работ является разработка иерархической системы методов экологической, экономической, эколого-экономической и бонитировочной оценки почв и земель, а также принципов определения и учета экологического состояния почв и земель при их экономической оценке.

Студенты кафедры проходят производственную практику в различных регионах России – в Карелии, Тульской и Московской областях и др.

Кафедра общего земледелия (зав. – проф. П.Н.Балабко).

Кафедра принимала участие в научных исследованиях по приоритетному направлению «Диагностика и оценка экологического состояния почв и биоценозов в условиях различного землепользования». В рамках указанного направления были представлены следующие темы и получены следующие научные результаты.

1. Разработка и совершенствование методов диагностики современных почвообразовательных процессов в почвах различных биогеоценозов (рук.– П.Н.Балабко):

– исследованы факторы антропогенного воздействия на аллювиальные почвы речных долин в различных природно-климатических зонах и причины их деградации; разработана блок-схема причин деградации аллювиальных почв; выявлены основные факторы деградации аллювиальных почв различных почвенно-географических зон;

– установлено, что среди агрогенных факторов деградации почв господствующими являются многократные проходы тяжелой колесной техники (20–25 операций при выращивании пропашных структур), приводящие к переуплотнению почв и ухудшению структуры почвы;

– исследовано техногенное воздействие на аллювиальные почвы долин рек бассейна Днепра (р. Ипуть, Унеча, Беседь) и выявлено сильное загрязнение указанных районов ¹³⁷Cs и ⁹⁰ Sr;

– изучены и описаны основные особенности аллювиального почвообразования.

2. Пространственная вариабельность компонентов агробиоценозов и ее связь с урожайностью (рук. Ю.Н.Благовещенский):

– изучена динамика пространственной структуры сорной растительности в пределах сельскохозяйственного угодья на серых лесных почвах Владимирского ополья; установлено, что изменение числа видов сорняков в зависимости от учетной площади подчиняется степенному закону, что свидетельствует о необходимости стандартизации размеров учетных площадок; для описания закономерностей пространственного размещения сорной растительности предложено использовать уравнение Y=aЧX^b , где Y – изучаемый показатель, X – пространство (длина, площадь, объем), а и b – параметры, причем b<1;

– установлено, что значения параметра b статистически значимо отличны от 1, лежат в диапазоне от 0,4 до 0,8 и зависят от того, сколько видов (индивидуальных растений) находится в малой площадке; обнаружено, что обработка посева гербицидом приводит к значимому уменьшению параметра b, что отражает изменение степени агрегации сорных растений в пространстве;

– впервые проведена оценка распределения величин параметра b для численности видов (численности растений отдельных видов); установлено, что в его варьировании не отмечается выраженной пространственной структуры, а его распределение на конкретном участке серой лесной почвы может быть аппроксимировано законом логарифмически нормального распределения. Это может быть интерпретировано как индифферентность сорнякового сообщества конкретного сельскохозяйственного угодья к колебаниям обеспеченности питательными веществами, влагой и т.п.

3. Изучение поведения гербицидов в основных типах почв России. Оценка экологического состояния и восстановление почв, загрязненных гербицидами. Протекторные свойства гумусовых кислот в системе «почва–гербицид–растение» (рук. Г.Ф.Лебедева):

– методом биотестирования была изучена токсичность гербицидов атразина, трефлана и харнеса на 9 почвах различных почвенно-географических зон и сельскохозяйственного использования; было показано, что из изученных гербицидов наиболее токсичным является атразин, ED50 (доза гербицида, вызывающая 50%-ное снижение тест-отклика) которого составлял 0,3–2,0 мг/кг почвы; наименее токсичным – харнес, аналогичный показатель для которого колебался в пределах 3–12 мг/кг почвы;

– установлено, что уровень токсичности атразина снижается с ростом содержания в почве органического вещества и гуминовых кислот в его составе;

– показано, что типовая принадлежность почв в целом не играла существенной роли в определении уровня токсичности трефлана, при этом наблюдалось снижение показателя ED50 на почвах, вовлеченных в сельскохозяйственное использование, по сравнению с их целинными вариантами;

– для почв сходного гранулометрического состава была отмечена тенденция увеличения ED50 харнеса с увеличением содержания органического углерода, при этом наиболее ярко эта тенденция была выражена в ряду почв легкого гранулометрического состава. По всей видимости, это свидетельствует о том, что в почвах тяжелого гранулометрического состава связывание харнеса происходит преимущественно с минеральной частью почвы, тогда как для легких почв определяющую роль в этом процессе играет органическое вещество.

Полученные научные результаты были доложены студентами, аспирантами и сотрудниками кафедры на всероссийских и международных научных конференциях и семинарах: «Сохранение почвенного разнообразия в естественных ландшафтах» (СПбГУ, Санкт-Петербург), «Экология речных бассейнов» (Владимир–Суздаль), NATO ARW «Use of humates to remediate polluted environments: from theory to practice» (Звенигород), 11-я конференция Общества по изучению гуминовых веществ (IHSS) (Бостон), «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» (Москва), «Экологические проблемы сохранения исторического и культурного наследия» (Бородино), «Геоэкологические проблемы почвоведения и оценки земель» (Томск).

За 2002 г. сотрудниками кафедры опубликовано 8 статей в научных журналах (в том числе 2 в иностранных), 2 главы в монографии и 10 тезисов докладов.

В 2002 г. сотрудницей кафедры Т.В.Локалиной была защищена диссертация на соискание степени кандидата биологических наук на тему «Динамика пространственной вариабельности некоторых свойств дерново-подзолистой пахотной почвы (на примере УОПЭЦ «Чашниково»)».

Сотрудники кафедры являлись участниками проектов, финансируемых РФФИ (проект «Взаимодействие гумусовых кислот с гербицидами: связывание, детоксикация и взаимосвязь со структурой», рук. – Г.Ф.Лебедева) и МГУ (междисциплинарный проект «Новые подходы к получению и исследованию свойств биологически активных веществ на основе природного органического сырья», рук. со стороны факультета почвоведения Г.Ф.Лебедева).

В 2002 г. сотрудниками кафедры был обновлен общефакультетский компьютерный практикум по статистике, а также созданы следующие новые специальные курсы:

– морфоаналитическая диагностика почв;

– земледелие в долинах и дельтах рек;

– методика вегетационного эксперимента.

Кафедра общего почвоведения (зав. – проф. А.С.Владыченский).

Сотрудники кафедры проводят исследования по 5 грантам РФФИ («Эколого-генетическое направление почвенных исследований»; «Особенности строения почвенного покрова высокогорий в связи с определяющими его факторами»; «Изучение закономерностей аккумуляции в почвах органических фосфатов с фосфодиэфирной связью (нуклеиновых кислот, фосфолипидов и тейхоевых кислот)»; «Зависимость трансформации соединений углерода и азота в почвах от климатических и литологических условий»; «Трансформация и устойчивость почв лесных экосистем под воздействием атмосферного загрязнения серой и тяжелыми металлами»), по гранту Минобразования «Университеты России» («Почвы России, их деградация и разработка теории их устойчивости к различным формам антропогенного воздействия»), по ФЦП «Интеграция» («Оценка техногенной трансформации почв индустриальных районов Кольского Севера на основе комплексных экспедиционных исследований с участием студентов и аспирантов»; «Влияние атмосферного загрязнения на свойства почв и элементный состав растений»), по междисциплинарным научным проектам МГУ («Роль естественных сообществ биологических видов в поддержании устойчивости глобальной окружающей среды и климата»; «Аэрокосмические геоинформационные исследования Земли. Развитие цифровых технологий в полевых исследованиях и на учебных практиках»), по 2 международным проектам (INTAS «Загрязнение тяжелыми металлами наземных экосистем в России»; NWO–RFBR «Опасность загрязнения тяжелыми металлами лесных и агроэкосистем в России и Нидерландах»).

Приоритетное направление НИР – «Функционирование и эволюция почв в естественных и антропогенных ландшафтах».

По теме «Процессы почвообразования и функционирования почв в естественных и антропогенных ландшафтах» (рук. – проф. А.С.Владыченский) составлена иерархическая ландшафтно-экологическая классификация почв в системе почвенно-растительных комплексов по характеру увлажнения, морфологическим и химическим свойствам почв применительно к территории долины cреднего Енисея. Выделено 4 ряда по химическим свойствам почв (олиготрофный, мезотрофный, эвтрофный и ультраэвтрофный), а внутри них – группы по характеру увлажненности. Выявлены направления изменения свойств подзолистых почв после сельскохозяйственного освоения.

На примере севера Западной Сибири показано, что функционирование почв может определяться процессами, происходящими вне зоны современного почвообразования, например криогенными деформациями в многолетнемерзлых породах.

Исследование горно-тундрового пояса горной системы бореального гумидного типа (юго-западная часть Хибинского горного массива) показало, что растительный покров здесь отличается высокой пространственной неоднородностью и представлен главным образом тремя основными группами растительных сообществ, относящимися к трем формациям горных фитоценозов: 1) гипоарктокустарничково-воронично-лишайниковым тундрам, 2) мохово-лишайниково-ерниковым тундрам и 3) гипоаркто-бореальным лугам. Почвенный покров в пределах горно-тундрового пояса, представленный в основном подбурами, также неоднороден. Отмечены различия в кислотности и гумусном состоянии почв одного типа; при этом обнаружено, что в пределах одного почвенного типа эти показатели имеют четкую связь с растительным сообществом, под которым происходит почвообразование.

Впервые для высокогорных экосистем Кавказа показано, что процессы трансформации азота в почвах определяются сложной комбинацией благоприятных (низкая почвенная кислотность, низкие отношения C/N, длинный вегетационный период, отсутствие гидроморфизма) и неблагоприятных условий. Совместное влияние всех факторов определяет широкое варьирование активности процессов N-минерализации и нитрификации в почвах различных растительных сообществ. На основании какого-либо одного из этих факторов невозможно обоснованно предсказать изменение интенсивности трансформации азота в почвах альпийских экосистем.

Завершены исследования особенностей почвообразования в приозерной котловине национального парка «Плещеево озеро», выявлены сложные структуры почвенного покрова этой территории и характерные свойства расположенных на ней почв. Установлена связь генезиса лесных подстилок с особенностями увлажнения, типом леса и гранулометрическим составом минеральных горизонтов почв.

Впервые в практике использования метода 31Р ЯМР-спектроскопии в почвенных исследованиях критически пересмотрены результаты интерпретации качественного определения фосфорных диэфиров в щелочных экстрактах из почв. Экспериментально показано включение фосфолипидоподобных и полисахарофосфатоподобных структур в состав сложных молекул гумусовых кислот.

На примере модельных экспериментов изучено окислительно-восстановительное состояние черноземных почв, находящихся в условиях различного гидрологического режима (от автоморфного до условий длительного переувлажнения). Установлено, что повышенное увлажнение почв вызывает изменения их окислительно-восстановительного состояния в сторону преобладающего развития восстановительных процессов. ОВП почв падает с +590…+650 до +120….+180 mV по прошествии прерывистого трехнедельного затопления почв. Просушка почв в течение 2–3 недель не приводит к релаксации почв по ОВ-показателям, что обусловливает возникновение новых биохимических и химических систем, трансформацию минеральных и органических компонентов почв, развитие ЭПП, несвойственных черноземным почвам.

По теме «Устойчивость и антропогенная эволюция почв» (рук. проф. В.Д.Васильевская) выявлены с использованием мелкомасштабной почвенной карты России, региональные особенности устойчивости криогенных почв. Уточнены на субмикроуровне особенности выветривания эпидотов и гранатов при подзолообразовании.

На основе анализа Карты опустынивания России в масштабе 1:1 500 000 проведено географическое районирование опустынивания в пределах почвенно-экологического и ландшафтного зонирования. Анализ распространения преобладающих направлений и причин опустынивания, наряду с анализом особенностей почвенного покрова, климатических и природных условий, хозяйственного использования земель, позволил выделить 15 географических провинций опустынивания, включающих 58 округов.

Проанализированы особенности пространственной изменчивости свойств почв на локальном и региональном уровнях в условиях атмосферного загрязнения на Кольском полуострове. Охарактеризованы основные закономерности почвообразования и экологические условия формирования и функционирования фитоценозов в лесных биогеоценозах национального парка «Смоленское Поозерье».

В элювиальных условиях верхних горизонтов почв при высоких Еh и низких рН равновесной минеральной фазой является каолинит. При уменьшении степени элювиальности число равновесных фаз увеличивается за счет гидрослюды, Mg-хлорита, в аккумулятивных условиях при росте рН и уменьшении Еh дополнительно появляется монтмориллонит. Термодинамические данные подтверждаются прямыми рентгенофазовыми исследованиями по распределению глинистых минералов в почвенных профилях. Таким образом, в природных элювиальных условиях трансформация минерального состава направлена на потерю устойчивости монтмориллонита и хлорита, в аккумулятивных ландшатафтах, наоборот, возникают условия устойчивости этих минералов.

Показано отличие морфологических, химических и физико-химических свойств почв г. Москвы от природных дерново-подзолистых. Степень различий определяется типом элементарного городского ландшафта. Предполагается эволюционное развитие наименее преобразованных человеком почв (в лесопарках) по типу серых лесных. Пространственная неоднородность содержания Сорг и рН вод в почвах под липовыми насаждениями в г. Москве по сравнению с природной достоверно возрастает. Наибольшему влиянию подвержены почвы приствольной и межкроновой зон парцелл.

Кафедра физики и мелиорации почв (зав. – проф. Е.В.Шеин).

Научно-исследовательские работы кафедры физики и мелиорации почв выполнялись в соответствии с тематическим планом НИР кафедры по 2 приоритетным направлениям и 6 зарегистрированным темам.

Приоритетное направление «Теория и методы исследования физических свойств почвенного покрова и энергомассообмена в системе почва–растение–атмосфера» включает 4 темы:

1. «Перенос и трансформация веществ и энергии в почвенном покрове» (н. рук. проф. Е.В.Шеин). Предложены теоретические подходы и разработан комплекс полевых и лабораторных процедур по исследованию специфического переноса почвенной влаги и веществ. Эти подходы включают изучение «преимущественных путей» фильтрации влаги, определение гидрохимических параметров транспортной и застойной зон порового пространства почв, лабораторные процедуры определения гидрохимических и гидрофизических параметров на основе «выходных кривых». Разработаны способы расчета гидрофизических и гидрохимических характеристик почв, основанные на решении обратных задач. Получены экспериментальные материалы по изучению «выходных кривых» для различных горизонтов и почв разнообразного генезиса: черноземы типичные, серые лесные почвы Владимирского ополья, дерново-подзолистые почвы Московской обл. Составлен банк данных по гидрохимическим параметрам изученных почв. Экспериментально исследован массоперенос газов в торфяной толще болот. Доказано, что преимущественный перенос в торфяной толще болот осуществляется в виде пузырьковых газов. Химический состав этих пузырьковых газов представлен преимущественно парниковыми газами при доминировании метана. Экспериментально показано, что пузырьковые скопления парниковых газов строго локализованы, приурочены к слою 20–40 см, а их концентрация связана с растительными сообществами болотных растений. Изучены закономерности почвенного покрова, почвенно-генетические и физические закономерности чередования почвенных горизонтов и связь с пространственным распределением физических свойств (плотность, коэффициент фильтрации, влажность при наименьшей влагоемкости и др.). Проведенные исследования являются теоретической и экспериментальной основой для оценки переноса веществ и газов в различных природных условиях.

2. «Структурно-функциональная организация почвенных биофизических систем» (научный рук. – доц. А.В.Смагин). В ходе НИР по теме получены следующие основные результаты. На основе оригинальных методов центрифугирования и газовой хроматографии в микроварианте оценено термодинамическое состояние влаги в образцах основных типов почв РФ и органогенных пористых сред (торфа, подстилки) до и после удаления органического вещества. Показано, что для гумусовых горизонтов вклад органического вещества в интегральную энергию водоудерживания варьирует от 30–40% в дерново-подзолистых, серых лесных почвах до 50–70% в черноземах. Предложен физический механизм влияния ОВ на водоудерживающую способность почв через образование структурного (ПАВ) энергетического барьера, модифицирующего поверхность ЭПЧ и влияющего на адгезию почвенной влаги при набухании ОВ. Разработаны количественные критерии устойчивости ПАВ-барьера в зависимости от дисперсности ЭПЧ и концентрации. Исследованы зависимости пластической прочности почв и агрегатных отдельностей от дисперсности и содержания в них влаги, показана роль молекулярных взаимодействий в формировании прочности и хорошее соответствие экспериментальных величин теоретическому уравнению Гриффитса. На основе оригинальных методик и использования портативного газоанализатора ПГА–7 в полевых условиях исследованы профильное распределение, эмиссия и гросс-продукция углеродсодержащих парниковых газов (СО₂, СН₄ ) и поглощение кислорода пахотными дерново-подзолистыми и аллювиально-болотными почвами (УОПЭЦ «Чашниково», Московская обл.), полигоном ТБО «Хметьево» (Московская обл.); начаты исследования круглогодичной динамики газов в условиях лизиметрического опыта почвенного стационара факультета почвоведения МГУ. Показано, что лишь в достаточно сухих автоморфных почвах эмиссия газов поверхностью почвы близка к величинам гросс-продукции. Для гидроморфных объектов гросспродукция в объеме почвы может в 1,5–3 раза превышать синхронные эмиссионные потоки по причинам аккумуляции, нисходящего и латерального массопереноса, биохимических реакций и межфазных взаимодействий газообразных веществ в почвенной толще.

На основе оригинальных методических разработок начато исследование экологического состояния почв и грунтов в условиях г. Москвы в связи с проблемой озеленения. Выявлены основные причины неудовлетворительного состояния почвенного покрова – переуплотнение, засоление электролитами, загрязнение и низкая биоактивность, а также начато проектирование специальных почвенных конструкций для городских озеленяемых территорий применительно к микрорайону Куркино.

Все результаты новы и оригинальны, получены и обработаны с помощью новейших методов анализа и по своему уровню соответствуют, а в отдельных случаях превышают аналогичные зарубежные разработки.

3. «Закономерности почвообразования в лесных биогеоценозах» (научный рук. – проф. Л.О.Карпачевский). В рамках этой темы установлены различия физических свойств разных парцелл ельника волосисто-осокового, показана роль корней в подавлении травянистого яруса в еловых парцеллах, обнаружены явления аллелопатии в почвах ельника.

«Поровое пространство почв: физические основы формирования структуры и функции» (научный рук. – вед.н.с. П.Н.Березин). Разработан алгоритм модели структуры порового пространства почв для целей поливариантных расчетов и оценки физического качества почв. Модель экспериментально опробована на дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почвах в различных условиях землепользования. Показано, что исследуемые почвы характеризуются деградационными изменениями от слабых до сильных в зависимости от условий и характера землепользования.

Приоритетное направление «Генезис и мелиорация почв» включает темы:

4. «Разработка теории эколого-генетических основ мелиорации почв и ландшафтов; создание прикладных рекомендаций по диагностике почв и оптимизации их свойств и режимов, рекультивация» (н. рук. проф. Ф.Р.Зайдельман). Работы выполнялись в направлениях: 1. изучение общих закономерностей формирования и гидрологии почв лесостепной зоны; 2. исследования изменения пирогенных образований и пирогенно измененных торфяных почв в постпирогенный период.

По первому направлению были исследованы основные элементы гидрологического режима чернозема выщелоченного и черноземовидных оподзоленных оглеенных почв. Установлено, что формирование последних осуществляется в условиях застойно-промывного водного режима. Это обстоятельство определяет элювиально-иллювиальную дифференциацию почвенного профиля, вынос углекислых солей, кислую реакцию среды, падение степени насыщенности основаниями, существенное снижение продуктивности черноземовидных оподзоленных оглеенных почв по сравнению с черноземами выщелоченными. После освобождения профиля черноземовидных почв от углекислых солей кальция и магния застойно-промывной водный режим является причиной возникновения в их профиле мощных кислых белесых элювиальных (подзолистых) горизонтов.

По второму направлению изучены естественная продуктивность, изменения химического состава в постпирогенный период, а также структуры пирогенных образований земельных массивов в зоне пожарищ. Обнаружено формирование вторичных гумусовых горизонтов на зольных отложениях, установлены изменения химического состава пирогенных образований в результате гидрогенной миграции железа и марганца, снижение значений рН. Прикладные рекомендации опубликованы в 2002 г. в монографии «Пирогенная и гидротермическая деградация торфяных почв, их агроэкология, песчаные культуры земледелия, рекультивация».

«Разработка методов и создание природно-мелиоративных карт» (научный рук. – проф. Ф.Р.Зайдельман). По этой теме завершено, рассмотрено и издано новое «Руководство по составлению агроландшафтных экологических почвенно-мелиоративных карт Нечерноземной зоны Российской Федерации» (концепция, принципы, методология составления). Одновременно на основе этой методологии выполняли работы по составлению новой «Агроландшафтной экологической почвенно-мелиоративной карты Нечерноземной зоны Российской Федерации» в масштабе 1:1 500 000. В настоящее время подготовлены листы этой карты на территорию северной лесостепи, зоны широколиственных лесов, а также на среднюю и южную подзоны таежной зоны. Разработана легенда этой карты и начата подготовка трех врезок, отражающих продуктивность сельскохозяйственных культур, приуроченных к почвам и породам разного генезиса и состава в условиях разных почвенно-географических провинций.

В минувшем году кафедра принимала активное участие в программе «Университеты России», в научно-исследовательской работе Института почвоведения МГУ при РАН. Выполнялись работы по восьми инициативным грантам РФФИ, двум грантам РФФИ для молодых ученых.

Проф. Е.В.Шеин выиграл грант на исследование физических свойств пустынных почв Негев (Израиль), и выигран грант НАТО совместно с английскими и американскими исследователями по передвижению микроорганизмов в почвах.

На кафедре проводится активная работа по введению новых специализаций и соответственно спецкурсов и спецпрактикумов: открыта новая специализация – 013015 «Почвенно-ландшафтное проектирование» наряду со специализациями 013003 «Физика почв», 013004 «Мелиорация почв». Для новой специальности подготовлены новые спецкурсы: «Почвенно-мелиоративные основы ландшафтного проектирования» (доц. А.П.Шваров) и «Почвенно-ландшафтное проектирование и основы фитодизайна» (доценты А.Б.Умарова, М.А.Сидорова). Наряду с курсами по «Физике почв», «Мелиорации почв», «Агрофизики» и др. студенты, специализирующиеся по кафедре физики и мелиорации почв, получают систематическое образование в области ландшафтного проектирования.

Сотрудниками кафедры опубликовано 4 монографии, 4 учебных пособия, 4 научно-популярных издания, 57 статей, 35 тезисов докладов. Сотрудники и аспиранты кафедры принимали участие в работах 15 научных конференций.

Проф. Ф.Р.Зайдельман и вед.н.с. Л.О.Карпачевский удостоены Государственной премии РФ, а проф. Ф.Р.Зайдельман – премии им. М.В.Ломоносова за педагогическую работу. Премии им. акад. В.Р.Вильямса удостоены доц. Л.Ф.Смирнова и проф. А.И.Поздняков. Асп. Б.А.Девин удостоен звания лауреата конкурса «Грант Москвы» в области наук и технологий в сфере образования. Н.с. кафедры М.А.Бутылкина удостоена стипендии МГУ для молодых талантливых преподавателей и научных сотрудников.

На кафедре активно проводится научно-исследовательская работа студентами, что отразилось в 7 публикациях (8 студентов) и участии студентов в работах различных конференций.

Кафедра химии почв (зав. – проф. С.Я.Трофимов).

Научно-исследовательские работы кафедры выполнялись в соответствии с тематическим планом НИР в рамках приоритетного направления «Химические основы почвообразования, плодородия и мониторинга почв».

Проведен анализ общего накопления органического углерода в почвах и торфах Российской Федерации и выявлены закономерности их неравномерного распределения на территории России. Охарактеризовано распределение углерода в основных профилях почв РФ, формирующихся по одно- и двучленному типу гумусообразования. Установлено, что гумусные показатели как приобретенные почвенные признаки должны быть отнесены в число важнейших диагностических признаков почв. Проведена работа по усовершенствованию прежней системы показателей гумусного состояния почв (Гришина, Орлов, 1978), включены новые показатели гумусного состояния почв и показатели условий гумификации.

Написано и издано второе, переработанное и дополненное учебное пособие «Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении» (Д.С.Орлов, Л.К.Садовникова, И.Н.Лозановская), где освещены актуальные вопросы современного состояния биосферы, подробно изложены понятия о предельно допустимых концентрациях, проанализированы особенности формирования органического вещества почв РФ.

Написана глава в монографию «Деградация и охрана почв», в которой рассматриваются вопросы дегумификации пахотных почв.

Исследованы изменения химических свойств почв лесной зоны под влиянием кислотного воздействия. Выполнен модельный эксперимент по имитации воздействия кислых осадков на почвы. В модельном эксперименте в процессе непрерывного потенциометрического титрования кислотой образцов из горизонтов подстилки и нижележащего минерального горизонта подзолистой почвы контролировали состав жидкой и твердой фаз водной суспензии. Это послужило основой для идентификации и полуколичественной оценки типов буферных реакций, протекающих в почве в процессе титрования в разных интервалах значений рН. Установлено, что при титровании кислотой материала подстилки основной буферной реакцией в интервале рН 5–4 является вытеснение протоном обменных оснований, в интервале рН 4–3 – растворение солей сильных оснований с органическими анионами с последующим протонированием органических лигандов и диссоциация Al-органических и Mn-органических комплексов с последующим протонированием лигандов. При титровании кислотой минерального подзолистого горизонта ведущими буферными реакциями являются растворение соединений Al (наиболее тонкодисперсных гидроксидов и прослоек гидроксида Al в почвенных хлоритах) и протонирование гидроксильных групп на поверхности частиц гидроксидов Fe и Al. По результатам модельного полевого опыта в органогенных горизонтах подзолистых почв выявлено снижение буферности к кислоте под влиянием кислотных нагрузок 12 и 36 кмоль/га водных вытяжек и суспензий, соизмеримое или эквивалентное снижению запасов переходящих в водную вытяжку оснований и обменных оснований соответственно.

Сделан вывод о том, что буферность к кислоте водных суспензий и вытяжек, определенная по данным непрерывного титрования кислотой, является чувствительным показателем, отражающим влияние кислотных нагрузок, который может быть использован в целях мониторинга кислотно-основного состояния почв.

Оценку катионообменных свойств Ростовской обл. проводили по результатам сопряженного анализа состава обменных катионов и фильтратов из паст. Активность катионов в фильтратах из паст находили расчетным путем по программе LIBRA. На основе полученных данных рассчитывали эффективные коэффициенты селективности ионного обмена.

В соответствии с уравнением Никольского для анализируемых почв были получены 2 статистически отличающиеся прямолинейные зависимости, одна из которых отвечает неорошаемым почвам на глинах, другая – ранее орошаемым почвам на суглинках. Различия коэффициентов селективности ионного обмена, по-видимому, обусловлены разными свойствами почв, связанными с их гранулометрическим составом.

По уравнению Гейнса–Томаса для всего массива исследуемых почв получена одна прямолинейная зависимость. В связи с этим для прогноза изменения катионообменных свойств исследуемых почв может быть использован единый эффективный коэффициент селективности (0,29), полученный по уравнению Гейнса–Томаса.

Выявлено, что переувлажнение и вторичное засоление неорошаемых обыкновенных черноземов отразилось на составе обменных катионов, увеличив долю обменного натрия до 14–18% от суммы обменных катионов, но не привело к морфологически выраженным признакам солонцеватости.

В условиях полугидроморфного режима в ранее орошаемых содовозасоленных черноземах доля обменного натрия увеличилась до 23–77%, и в пределах бывшего пахотного горизонта появились морфологические признаки солонцов.

Состав обменных катионов изучали в целинных солончаковых солонцах Джаныбекского стационара РАН. Они характеризуются преобладанием обменного Na⁺ (50–60% от ЕКО) в ППК по всему почвенному профилю в связи с его засоленностью хлоридами и сульфатами Na+; в меньших количествах в почвах присутствует обменный Mg²⁺ (20–30% ЕКО), в еще меньших – обменный Ca²⁺ (10–20% от ЕКО), что вызывает необходимость коренного изменения состава обменных катионов при вовлечении почв в земледелие.

Выявлена прямая высокая корреляция между содержанием обменного Na⁺ в ППК и активностью иона Na⁺ в водной вытяжке. Аналогичная закономерность, хотя и не столь отчетливая, выявлена и для обменного Mg²⁺ . Выявлена тенденция к снижению коэффициентов селективности в первом и втором подсолонцовых горизонтах по сравнению с верхним слоем 0–20 см, включающим надсолонцовый и солонцовый горизонты, и нижней частью профиля (глубины 140–200 см), соответствующей горизонту, переходному в породе. Предполагается, что эта тенденция связана с увеличением на глубинах 60–140 см ионной силы раствора и возможным изменением тактоидной структуры глинистых минералов.

Для пары Ca²⁺–Mg²⁺ значения коэффициентов селективности слабо и незакономерно дифференцированы по профилю и по абсолютным величинам (1–2) близки к опубликованным ранее величинам для почв и глинистых минералов.

Кафедра эрозии почв (зав. – проф. М.С.Кузнецов).

Кафедра эрозии почв выполнила в 2002 г. исследования по международным проектам: российско-китайскому научно-техническому проекту и российско-белорусскому проекту РФФИ–РБФФИ, а также по трем проектам РФФИ и двум приоритетным направлениям фундаментальных научных исследований.

По российско-китайскому научно-техническому проекту «Разработка методов и программных средств оценки и предупреждения экологического риска дождевой эрозии лессовых и лессовидных почв» получена новая экспериментально-теоретическая модель дождевой эрозии почв, которая применима для любых физико-географических условий, в том числе для степных районов России и Китая с лессовыми и лессовидными почвами. Предложенная модель позволяет рассчитывать по разработанной компьютерной программе ожидаемый смыв почвы и проектировать противоэрозионные (водорегулирующие) линейные рубежи, являющиеся каркасом адаптивно-ландшафтной системы земледелия.

По российско-белорусскому проекту «Прогноз горизонтальной миграции радиоцезия при эрозии почв в агроэкосистемах загрязненных районов Российской Федерации и Республики Беларусь» проведен анализ имеющихся в научной литературе экспериментальных данных по интенсивности смыва почвы под действием талого и дождевого стока в природно-хозяйственных условиях северо-востока Белоруссии и Брянской области РФ и расчет смыва для тех же условий по трем наиболее глубоко разработанным моделям, которые показали, что наиболее адекватно эрозионную обстановку в указанных регионах отражает модель, разработанная во ВНИИЗиЗПЭ. Следовательно, именно эту модель следует использовать при оценке интенсивности смыва на расчетной основе для этих регионов. Модель Уйшмейера–Смита, а также модель ГГИ имеют ограниченное применение и могут быть использованы как экспертное дополнение к модели ВНИИЗиЗПЭ.

По проекту РФФИ «Механизмы и прогнозирование ветровой эрозии почв» предложен и обоснован способ экспериментального определения коэффициента подъемной силы для твердых частиц с использованием аэродинамической трубы. Табулированы значения коэффициента подъемной силы для широкого спектра почв. Получено новое уравнение критической скорости, учитывающее межагрегатное сцепление. Впервые получена адекватная математическая модель полномасштабного глобального явления ветровой эрозии, включающая отрыв, подъем, перенос и отложение почвенных частиц воздушным потоком постоянной по высоте скорости, но закономерно убывающей плотности. Для целей ее верификации использован сопряженный анализ полей метеорологических величин (скорости ветра и температуры воздуха) и изображения полномасштабной пыльной бури на датированном космическом снимке. Установлена удивительная способность воздушного потока к концентрированному отложению одинаковых почвенных частиц, собранных с обширной территории. Выявлены новые показатели, характеризующие устойчивость почвы к ветровой эрозии, – параметр массообмена и почвенная постоянная выдувания.

По проекту РФФИ «Теоретические основы влияния экосистем на сопротивляемость почв разбрызгиванию дождевыми каплями» разработан метод экспериментального определения критической (разбрызгивающей) скорости падения дождевых капель на почву на основе изучения зависимости интенсивности разбрызгивания почвы от квадрата скорости падения капель. Проведено определение критической скорости капель для разных по крупности фракций и смесей агрегатов пахотных горизонтов дерново-подзолистой и серой лесной почвы.

По проекту РФФИ «Баланс микроэлементов в эрозионноопасных агроландшафтах» разработана методика и предложена программа исследований современных геохимических процессов, формирующих баланс микроэлементов (МЭ) на водно-балансовых стационарах в конкретных природно-хозяйственных условиях. В ходе проведения полевых экспериментальных исследований на временных стоковых водно-балансовых площадках с использованием дождевания получены количественные характеристики содержания как жизненно необходимых для растений (Cu, Zn), так и токсичных (Cd, Pb, Ni) микроэлементов в геохимических потоках, формирующих основные статьи их баланса в эрозионноопасных агроландшафтах. Дана количественная оценка соотношений концентраций МЭ в балансоформирующих потоках и компонентах агроландшафта. Для типичного малого водосбора, длительное время находящегося в сельскохозяйственном использовании, получены в период весеннего снеготаяния 2002 г. данные по содержанию МЭ в твердофазных и жидких атмосферных выпадениях, жидком и твердом поверхностном стоке, переотложенных продуктах эрозии почв.

По приоритетному направлению фундаментальных исследований «Закономерности эрозии почв и ее роль в экологии эрозионноопасных ландшафтов» разработано полуэмпирическое уравнение смыва почвы при поливе по бороздам для орошаемых районов Таджикистана, установлены значения входящих в него эмпирических коэффициентов, а также расчетный метод определения основного параметра уравнения – отношения скорости потока в борозде к критической для почв (размывающей) скорости.

На основе анализа закономерностей размыва отсыпных сооружений полуострова Ямал разработаны (совместно с сотрудниками НИИ лаборатории эрозии почв и русловых процессов географического факультета МГУ) методы и алгоритм расчета интенсивности размыва отсыпных сооружений и экологической опасности эрозии для окружающей среды.

Сотрудниками кафедры М.С.Кузнецовым и В.В.Демидовым издана монография «Эрозия почв лесостепной зоны Центральной России: моделирование, предупреждение и экологические последствия».

Зав. кафедрой проф. М.С.Кузнецов удостоен почетного звания «Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации», а вед.н.с. кафедры д.г.н. В.Я.Григорьев – почетного звания «Заслуженный научный сотрудник Московского университета».

В 2002 г. получена премия им. М.В.Ломоносова за научную работу проф. М.С.Кузнецовым совместно с сотрудниками механико-математического факультета А.Я.Сагомоняном и вед.н.с. В.М.Гендуговым.

Лаборатория радиоэкологии (зав. – д.б.н. А.И.Щеглов).

Проведены исследования подвижных форм соединений искусственных радионуклеотидов (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ^239+240Pu, ²³⁸Pu, ²⁴¹Am) и тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb) в почвах природных и агроландшафтов лесной и лесостепной зон (подзолистая, дерново-подзолистая, болотно-низинная почва, чернозем и др.) в условиях различных типов техногенных выпадений, времени с момента поступления и химической природы загрязнителя. Установлено, что в верхних органогенных и органоминеральных слоях почв относительное содержание подвижных соединений радионуклидов составляет 7–23%, при этом водорастворимых соединений – всего лишь 0,0004–4%. В почвенном профиле с глубиной их доля увеличивается до 21–51 и 0,08–10% соответственно. Содержание водорастворимых и подвижных соединений 90Sr на один–три порядка выше по сравнению с другими радионуклидами. В жидкой фазе почв основная часть ^239+240Pu, ²³⁸Pu, ²⁴¹Am (72–98%) связана с органическим веществом, причем в основном с фракцией высоких молекулярных масс (MMwі2000). В случае ¹³⁷Cs не наблюдается избирательного взаимодействия с органическим веществом определенных молекулярных масс. Он найден в составе фракций органического вещества широкого диапазона молекулярных масс (от 350–500 до і18 000) (34–97%), а также фракции неорганических соединений. Радиостронций присутствует преимущественно во фракции неорганических соединений (19–100%), а также в низкомолекулярной фракции органических веществ (MMw=350–500). Эти особенности ⁹⁰Sr объясняют его повышенную миграционную способность в почвенном профиле по сравнению с другими радионуклидами. Тяжелые металлы отличаются более высоким относительным содержанием подвижных, в том числе и водорастворимых соединений в почвах (9–98%) по сравнению с искусственными радионуклидами. В группе данных микроэлементов наибольшую миграционную способность проявляет Zn, а наименьшую – Pb. Изменение величины рассматриваемых показателей по почвенному профилю для тяжелых металлов носит более сложный характер, поскольку их происхождение, в отличие от искусственных радионуклидов, в большинстве случаев имеет двойственную природу (литогенную и техногенную). Однако на кривой профильного распределения всех рассматриваемых элементов, в том числе и радионуклидов, выделяются зоны совпадения пиков их концентраций – верхние органогенные и органоминеральные слои почв. В ряду исследуемых биогеоценозов наибольшая подвижность элементов отмечается в подзолистых почвах лесных экосистем, а наименьшая – в черноземах лесостепных агроландшафтов.