В связи с техническими работами в центре обработки данных, возможность загрузки и скачивания файлов временно недоступна.
 

Фундаментальные и прикладные исследования физических свойств и процессов в почвахНИР

Fundamental and applied research of the physical properties and processes in soils

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Физические основы устойчивой продуктивности почвенного покрова и сохранение экологически благоприятной окружающей среды
Результаты этапа: Этап 2016 года был направлен на проведение исследований в области разработки физических основ устойчивой продуктивности почвенного покрова и сохранения экологически благоприятной окружающей среды. На этапе 2016 года основные усилия проводимых исследований были направлены на изучение, разработку и обоснование физических основ и подходов к формированию устойчивой продуктивности почвенного покрова. Именно физические подходы в полной мере учитывают свойства почв и процессы, происходящие в почвах и почвенном покрове, во взаимосвязи с окружающей средой, что позволяет осуществлять научно обоснованную реконструкцию и прогноз трансформации свойств почв. Были проведены теоретические, методические, экспериментальные исследования, направленные на выявление основных физических параметров управления плодородием почвенного покрова при поддержании и сохранении экологически благоприятной окружающей среды. Изучение физических свойств и режимов почв проводилось на почвах разного генезиса. Особое внимание было уделено почвам черноземного ряда, являющихся эталоном оптимальности почвенных свойств и обладающих высоким плодородием. Наряду с естественными почвами большое количество исследований было связано с модельными почвами – специально разрабатываемыми вариантами лабораторных и полевых моделей, позволивших детально изучить отдельные элементы водного баланса, устойчивости физических свойств на разных уровнях организации почв, процессов трансформации свойств почв при засолении, осолонцевании, загрязнении. Результаты проведенных НИР оформлены в виде отчета. Отчет состоит из двух частей. Список использованной литературы составляет 97 источников из них 34 на иностранном языке. Приводим содержание отчета: Часть I. Исследования физических свойств и режимов почв как основы для обеспечения устойчивой продуктивности почвенного покрова 1.1 Исследования водно-физических свойств почв 1.1.1. Взаимосвязь капиллярной модели порового пространства по кривой водоудерживания и геометрии порового пространства по данным микрофморфологического и томографического анализов. 1.1.2. Гистерезис основной гидрофизической функции. 1.1.3. Термогравиметрическая оценка удельной поверхности почвенных коллоидов 1.2. Тепловые свойства почв 1.3. Реологические свойства почв 1.4. Структурные характеристики почв 1.4.1. Оценка физической стабилизации «лигнина» (лигниновых фенолов), содержания углерода, азота, серы в гранулометрических фракциях почв; на поверхности и внутри агрегата; при конкрециообразовании 1.4.2. Исследование смачиваемости почв и устойчивость почвенных агрегатов 1.5. Физические основы эмиссии парниковых газов естественных и антропогенных ландшафтов Часть 2. Исследования физических основ сохранения и создания экологически благоприятной среды 2.2 Агрофизические основы создания экологически благоприятной среды 2.2.1.Агрофизические свойства конструктоземов в условиях г. Москвы: модельные лабораторные и многолетние полевые эксперименты 2.2.2. Управление гидрологическим режимом почвы культурного ландшафта рекреационного назначения В 2016 году на основании проведенных научно-исследовательских работ опубликовано 58 статей, из них: - В журналах, индексируемых в базе данных «Сеть науки»(WEB of Science) – 13; - B журналах, индексируемых в базе данных Scopus – 13; - В журналах, индексируемых РИНЦ – 28. В 2016 году опубликованы 3 учебника. Защищены две кандидатские диссертации. Таким образом, задачи этапа 2016 года полностью выполнены. Определены и разработаны позиции физических основ устойчивой продуктивности почвенного покрова и сохранение экологически благоприятной окружающей среды. Выделены ключевые направления работ, проведены фундаментальные полевые, лабораторные, аналитические, методические исследования.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Теоретические основы и практическое значение исследования физических свойств и процессов в почвах
Результаты этапа: Разработаны и оптимизированы методические приемы определения удельной поверхности почв, получения экспериментального обеспечения прогнозных математических моделей передвижения тепла, влаги и агрохимикатов в почвах во взаимосвязи со структурой порового пространства. Исследованы физические основы процессов поступления и формирования восходящих потоков метана в летнее время. Показано, что метаногенез в местах захоронения твердых бытовых отходов (на примере таежной зоны) в десятки раз превышает метаногенез в болотных системах.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Современные методические подходы и математическое моделирование функционирования почв
Результаты этапа: Будут проведены экспериментальные исследования по выявлению основных параметров управления плодородием почвенного покрова при сохранении экологически благоприятной среды. Разработаны подходы подбора почвенных параметров для оптимизации агрофизических свойств и режимов почвы. Будут исследованы физические основы сохранения благоприятной городской среды, связанные с экологическими и эстетическими задачами озеленения в условиях мегаполиса.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Фундаментальные и прикладные исследования физических свойств и процессов в почвах: современная теория и практические приемы повышения устойчивости почвенной сруктуры
Результаты этапа: Цель проведенных в 2019 году исследований заключается в теоретическом обосновании подходов и методов, выдвижении и обосновании гипотез формирования физического состояния почв и получении экспериментальных данных, характеризующих: а) пространственные особенности почвенной структуры и порового пространства суглинистых почв; б) новые теоретически обоснованные подходы к изучению и методы исследования физических свойств твердой и жидкой фаз суглинистых и торфяных почв; в) гидрологические особенности функционирования и агрофизические свойства минеральных почв и торфоземов и г) способы построения, использования и новые методы мульти-масштабных почвенно-ландшафтных карт и кадастровой стоимости земель. В ходе выполнения НИР использованы новейшие достижения рентгеновской томографии, лазерной дифрактометрии, полевой тензиометрии, лабораторных методов гидрофизики почв и других современных технологий изучения почвенной структуры, пористости, структуры порового пространства и водно-физических свойств почвы (новые гидрофизические подходы, расчетные физически обоснованные модели и др.). Современное оборудование, новые подходы к исследованиям, анализу и прогнозированию физических процессов в почвах совместно с классическими подходами и методами соответствуют уровню передовых зарубежных разработок. Комплекс физических, гидрологических, некоторых химических свойств и морфологических данных о почвах, её поровом пространстве позволит получить новую, перспективную как в теоретическом, так и в практическом планах информацию о процессах и свойствах минеральных и органогенных почв, распространённых в природных условиях Нечерноземья, южнотаежной, лесостепной степной и полупустынной зон. В результате работы впервые получены микротомографические изображения твердой фазы и порового пространства генетических горизонтов агродерново-подзолистой тяжелосуглининстой почвы Московского региона, а также торфоземов Яхромской долины (Дмитровский район Московской области). На примере черноземов типичных рассмотрены новые количественные томографические показатели трехмерного строения порового пространства почвы, а также отдельных почвенных агрегатов. Показано, что среди томографических показателей актуальна информация о соотношении сопряженного (связного или открытого) порового пространства и замкнутых, изолированных пор (закрытая пористость). Объемные показатели связности порового пространства отражают различия в строении исследованных образцов и, предположительно, могут быть использованы при изучении зависимостей между строением почвы и ее гидрологическими свойствами. Впервые проведен анализ гидродинамики свободной воды в почве на основе трехмерной модели её мезоструктуры, позволивший исследовать как локальные, максимально детальные характеристики указанного почвенного процесса, так и рассчитывать различные интегральные характеристики процесса гидродинамической фильтрации на различных масштабах. В 2019 г. продолжены исследования, опирающиеся на возможность томографического исследования образцов при различных деформационных воздействиях. В частности, условиях почвенной лаборатории с помощью микротомографического анализа исследовано участие капиллярного увлажнения и цикличного замораживания-оттаивания в зарождении и развитии внутриагрегатных пузырьковых микро- и мезопор в обособленном почвенном агрегате диаметром 3—4 мм из горизонта El целинной дерново-подзолистой почвы (Albic Glossic Retisols (Lomic, Cutanic)). Для доказательства агрегатообразующей роли микроорганизмов, модифицирующих гидрофильную поверхность минералов, в модельном эксперименте в стерильную жидкую среду вводили полученных смывом с речного песка микроорганизмов Bacillus velezensis и каолинит. В динамике в течение двух месяцев отмечалось увеличение содержание белка, углерода и азота, а также достижение величины соотношения С : N, близкого к 5. Инкубация штаммом B. velezensis вела к гидрофобизации поверхности образца каолинита по сравнению с контрольными, что может быть связано с амфифильным характером продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. В свою очередь гидрофобизация минеральной поверхности приводила к образованию связей гидрофобного взаимодействия между частицами минерала, тем самым формируя органоминеральные микроагрегаты. Полученные результаты могут быть использованы для моделирования гидрологических, структуроформирующих и деформационных процессов в почвах гумидной и степной зон России. В исследованиях 2019 года был использован междисциплинарный подход к картографированию почв, включающего использование системного подхода, современных теорий классификации, картографического и геоинформационного методов, позволило разработать основные принципы мульти-масштабного почвенно-ландшафтного картографирования и иерархической генетической почвенно-ландшафтной классификационной системы. Учитывая, что государственная кадастровая оценка земель является неотъемлемой процедурой для успешного функционирования системы земельных отношений нашей страны, была проведена сравнительная оценка аллювиальных почв агроландшафтов Приморского края, кадастровая стоимость агроландшафтов почв земель сельскохозяйственного назначения Республики Саха (Якутия), черноземов южных аллювиальных дерново-насыщенных почв, лугово-черноземных и темно-каштановых почв Оренбургской области и ряда других почв регионов России. Учитывая востребованность указанных исследований, их теоретическую и практическую направленность, полученные результаты указанные исследования планируется продолжить в 2020 году.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Теоретические и экспериментальные исследования физических свойств и процессов в почвах в целях оптимизации прогноза функционирования почв
Результаты этапа: В исследованиях 2020 года были продолжены исследования по использованию междисциплинарного подхода к картографированию почв, создания мультимасштабных почвенно-ландшафтных карт, содержащих всю необходимую информацию о почвах и других элементах ландшафтов для принятия научно-обоснованных решений по мелиорации почв на всех масштабных уровнях – от глобального до локального. В результате исследования была разработана компьютерная версия фрагмента иерархической генетической Почвенно-ландшафтной классификационной системы (ПЛКС), предназначенная для использования русско- и англоязычными пользователями в режиме онлайн и созданы мультимасштабные почвенно-ландшафтные карты среднего масштабного диапазона Саратовской области, отражающие взаимосвязи между свойствами почвы (в том числе физическими), с одной стороны, и свойствами основных ландшафтных элементов (пород, воздуха, воды и организмов), с другой. Другим актуальным исследованием было продолжение в 2020 г. изучения циклов углеродсодержащих парниковых газов на различных уровнях – от клеточного до регионального. Микробные системы увлажненных земель Западной Сибири играют важнейшую экологическую роль в контексте проблемы парниковых газов и изменения состава атмосферы и климата. Было изучено и установлено, что определение лишь обилия метанотрофов не может считаться достаточным для оценки активности и прогноза величины метанотрофии в автоморфных почвах, и необходимо рассматривать влияние прочих факторов. По созданной новой карте болот показаны существенные изменения в соотношении площадей болотных комплексов, имеющих разные показатели эмиссии метана и стока диоксида углерода по сравнению с предыдущей инвентаризацией. Такая карта может быть основой для новых оценок вклада болот ЗС в регулирование глобального климата. Актуальным направлением, решаемое в рамках госзадания, явилось продолжение методологических исследований. В условиях неустойчивого климатического увлажнения (характерного для большей части территории России) был предложен новый подход применения капельного орошения для оптимизации водного режима почв. Новый подход позволил выявить основные преимущества капельного орошения с применением методов тензиометрии по сравнению с другими методами оптимизации водного режима почв, а также оценить влияние гранулометрического состава почв на нижний и верхний пределы оптимального диапазона капиллярного давления почвенной влаги. Основные результаты исследований в 2020 г.: 1. Метод томографии показал, что агродерново-подзолистая почва (Московская область, Россия) имеет неоднородную архитектуру порового пространства с обилием макропор, которые согласно данным томографии составляют для верхнего горизонта более 7% от объема почвенного монолита, а для нижележащего слоя 3%. При насыщении меняется структура порового пространства – происходит смыкание тонких макропор, за счет этого на фоне уменьшения общей порозности (до 4 % в верхнем горизонте, и до 2 % в нижнем) средний диаметр пор увеличивается (с 6-9 до 10-11). 2. Техногенные городские почвы с различными включениями в своем профиле имеют особый водный режим сложно предсказуемый с помощью математических моделей. Моделирование, выполненное с различными наборами входных параметров, показало, что наилучшие результаты прогноза получаются с использованием лабораторных значений ОГХ и полевых значений Ks или использования ПТФ. 3. Полученные распределения объёмов по их размерам методом компьютерной микротомографии позволили качественно и количественно оценить состояние структуры порового пространства различных горизонтов этой почвы. В области диаметров пор от 0.1 до 0.4 мм для уплотненного горизонта происходит значительный структурный сдвиг в сторону формирования более тонких пор. 4. Были получены экспериментальные данные профильного распределения тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Cr, Co, Mn), физических и физико-химических индикаторов (эффективной удельной поверхности, плотности сложения, pH) на тестовых площадках наиболее загрязненных районов г. Москвы и рассчитана множественная регрессионная модель ресурсного показателя загрязнения городских почв в виде суммарного запаса тяжелых металлов от основных предикторов – дисперсности (эффективной удельной поверхности) и рН. 5. Представлена методология кадастровой оценки радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных угодий, базирующаяся на Методических указаниях по государственной кадастровой оценке земель сельскохозяйственного назначения. Использование этой методологии предполагает проведение кадастровых работ с выявлением загрязненных территорий, эффективных мероприятий, обеспечивающих снижение уровня радиоактивного загрязнения сельскохозяйственной продукции до допустимого уровня и уточнение кадастровой стоимости земель в районах радиоактивного загрязнения. 6. Разработана компьютерная версия фрагмента иерархической генетической Почвенно-ландшафтной классификационной системы (ПЛКС) и созданы мультимасштабные почвенно-ландшафтные карты среднего масштабного диапазона Саратовской области, отражающие взаимосвязи между свойствами и свойствами основных ландшафтных элементов (пород, воздуха, воды и организмов. 7. Обобщены результаты экспедиционных исследований по изучению потоков СО2 и СН4 в болотных экосистемах на территории лицензионных участков Салымской группы месторождений (ЛУСГруМ). Установлено, что болотные экосистемы с большими запасами биомассы имеют значительные потоки (более 1500 г СО2/м2 за ВеП), связанные с фотосинтезом, но при этом расходная составляющая углеродного обмена также велика (750–2200 г СО2/м2). В результате, наибольшее итоговое поглощение СО2 наблюдается на мезотрофной осоково-вахтовой топи (1062 г СО2/м2) и в низком ряме, с учетом древесного яруса (603 г СО2/м2).

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".