ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Структурно-функциональная организация почв определяет возможности их успешного функционирования, устойчивость почвенных систем к антропогенным нагрузкам, их развитие в условиях города. Гидротермические показатели городской среды, отличные от зональных, в комплексе с процессами техногенеза будут исследованы для основных почвенно-климатических зон России. Актуальность настоящего исследования заключается в том, для многих городских почв характерно включение в профиль почвенных субстратов и грунтов разного генезиса, поэтому агрегаты и отдельные гранулометрические фракции, оказавшись хаотично расположенными в составе почвенных горизонтов при формировании конструктоземов неизбежно будут претерпевать изменения. Кроме того, происходит формирование слоистого профиля, дифференцированного по многим показателям и имеющего резкие границы перехода горизонтов. Особенности водного и теплового режима слоистых почв слабо изучены, не ясны пути их трансформации и длительности сохранения резких границ почвенных слоев в разных климатических зонах. Именно эти вопросы планируется исследовать в данном проекте.
Structural and functional organization of soils determines the possibility of their successful functioning, stability of soil systems to anthropogenic loads, their development in the city. Hydrothermal indicators of the urban environment, different from the zonal ones, in combination with the processes of technogenesis will be studied for the main soil and climatic zones of Russia. The relevance of this study lies in the fact that many urban soils are characterized by the inclusion in the profile of soil substrates and soils of different Genesis, so the aggregates and individual particle size fractions, being randomly located in the composition of soil horizons in the formation of constructozems will inevitably undergo changes. In addition, there is the formation of a layered profile, differentiated by many indicators and having sharp boundaries of the horizon transition. Peculiarities of water and heat regime of the layered soils is poorly studied, it is not clear the way for their transformation and the duration of maintaining sharp boundaries of the soil layers in different climatic zones. It is these issues that are planned to be investigated in this project.
Целью настоящего проекта является изучение базовых структурных и функциональных характеристик городских почв разных почвенно-климатических зон. Для этого планируется решение следующих задач: 1. Подбор объектов исследования на основе почвенно-климатического районирования и с учетом имеющегося задела по изучению нативных почв членами научного коллектива. Выбор объектов в пределах городской территории будет охватывать диапазон по степени выраженности и типу антропогенного воздействия – (1) почвы парков и лесопарков, максимально приближенные к естественным, с полным профилем слагающих его горизонтов, (2) урбаноземы селитебных территорий, (3) реплантоземы и/или конструктоземы, создаваемые вдоль автомагистралей или скверах. 2. Сравнительный анализ морфологических зональных и техногенных признаков городских почв в ряду степени выраженности техногенеза и в зональном ряду. 3. Исследование влияния техногенеза на трансформацию свойств почв твердой фазы почв: плотность, твердость, структурное состояние и механическая устойчивость и водоустойчивость агрегатов, химический состав почв, реологическое поведение почв. Выявление направленности изменений в зависимости от генезиса почв. 4. Исследование гидрологических (сорбционных, водоудерживающих, влагопроводящих), гидрохимических (определение гидродинамической дисперсии и шага смешения) и тепловых (определение температуропроводности) характеристик городских почв во взаимосвязи с антропогенным влиянием на территорию, как показатели устойчивости почвенной системы. 5. Изучение водного и температурного режима почв на основе экспериментальных исследований и методами математического моделирования с учетом климатических показателей окружающей среды для анализа специфики функционирования городских почв в разных климатических зонах.
Научный коллектив проекта состоит из группы ученых давно работающих в области классификации почв, физики, химии почв и исследовании антропогенно-измененных почв. Постановка целей и задач проекта основывается на оригинальных теоретических и методических разработках и экспериментальных данных, полученных при выполнении проектов РФФИ 04-04-49606; 06-04-48298; 07-04-00131; 09-04-01297, 16-04-01851. Участники проекта являются авторами ряда коллективных методических пособий, получены оригинальные результаты, разработаны новые методы и подходы, которые и явились основой для выполнения проекта: «Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв: Методическое руководство», 2001; «Теория и методы физики почв», 2007; монографий и учебников: Умарова А.Б. «Преимущественные потоки влаги: закономерности формирования и значение в функционировании почв», 2011, «Антропогенные почвы : учебное пособие для бакалавриата и магистратуры». (авторы Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В.), «Почвы Москвы (почвы в городской среде, их особенности и экологическое значение)», 2004 (Прокофьева Т.В., Строганова М.Н). Члены научного коллектива являются одними из авторов классификации городских почв, ведут работы в области исследования свойств городских почв (Прокофьева Т.В, Мартыненко Т.А.), ведут научные исследования свойств, режимов и трансформации конструктоземов (Умарова А.Б., Сусленкова М.М., Бутылкина М.А.), температурного режима почв разного генезиса и математического моделирования почвенных процессов (Архангельская Т.А, Гасина А.И.), ими апробированы методы центрифугирования для получения основной гидрофизической характеристике и прогнозного математического моделирования водного режима почв, содержащих остаточные количества нефтепродуктов (Ежелев и др., 2014), разработана оригинальная методика проведения микроморфологических исследований почвенной микроструктуры (Сусленкова М.М.).
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 18 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | этап 2019 год |
Результаты этапа: На 1 этапе исследований проведен подбор объектов исследования в виде урбаноземов, фоновых городских почв и фоновых за чертой города. Проведено их морфологическое описание и начато определение физических и химических свойств почв. Часть исследований, направленная на изучение пространственно-функциональной организации твердой фазы почв, показала значимость в водоудерживании поверхностных органо-минеральных образований, обладающиих высокой сорбционной способностью. | ||
2 | 18 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | этап 2020 года |
Результаты этапа: Работа в 2020 года позволила получить следующие важнейшие результаты при исследовании свойств и режимов почв гг. Сыктывкар, Москва, Краснодар, Майкоп, Сочи и Симферополь, представленных загородными фоновыми почвами, городскими слабоизмененными почвами парковых территорий и урбаноземами. (1) Для всех почвенно наблюдается регулярное увеличение плотности почвы с глубиной. Не выявлено единой для всех городов зависимости значений плотности от степени антропогенного воздействия на почвенный покров. Разнообразные включения антропогенного происхождения в зависимости от состава и формы могут приводить к снижению, так и к возрастанию значений плотности. Для исследованных почв характерно наличие анизотропии сопротивления пенетрации, особенно для техногенных горизонтов. Вертикальное сопротивление пенетрации, как правило, выше, чем горизонтальное на 200-300 кПа. Увеличение каменистости почв, в том числе за счет антропогенных включений ведет к перемещению воды соым увлажнением мелкозема. (2) Было установлено, что физические свойства весьма чувствительны и отражают морфологические характеристики городских почв. Для анализа данного гипотезы была предпринята попытка детального анализа различных горизонтов аналитического анализа различных городских почв суглинистого гранулометрического состава г. Москвы. Выяснено, что горизонты урбик имеют относительно низкие значения плотности (med = 1,22 г / см3), значительно отличающееся от всех остальных почвенных слоев. Выделяются техногенные значения высоты плотности, даже отчасти превышающие минеральных горизонтов, и сильным смещением распределения значений от нормального распределения. Гумусовые горизонты исследованных почв повышенной плотностью - медиана составила 1,36 г / см3. Характерной чертой урбостратоземов можно считать их высокую неоднородность по величине плотности и коэффициент фильтрации. Преимущественно комковато-порошистая структура гумусовых отличается минимальным разбросом показателей почвы и близким к нормальному распределению. Горизонты урбик, несмотря на близкий размер и форму агрегатов, все же имеют больший объем твердости, это обусловлено разбиением представленных комковатых структур: порошистых, плитчатых, глыбистых и др. (3) Съемка поверхности почвенных образцов при разных увеличениях методом СЭМ выявило, что в фоновой черноземной почве г. Краснодара больше крупных микроагрегатов, тогда как подзолистая почва г. Сыктывкара состоит из более мелких фракций. На более крупных увеличениях, начиная с х2500 и заканчивая х20000, четко выражена более сложная структура фоновых почв южной территории по сравнению с северной. Поверхность микрочастиц чернозема более обтекаема и покрыта слоем, драпирующая поверхность минеральных частиц. В то время как микрорельеф поверхности твердой фазы подзолистой почвы более угловат и прослеживаются грани агрегатообразующих минералов. (4) Детальное исследование водного режима почв и его моделирование на примере урбанозема метеорологической обсерватории МГУ показало, что математические модели Hydrus и SWAP прогнозируют значительно большую влажность, чем реально наблюдаемая. Кроме того, не удалось добиться того, чтобы модели отражали застой влаги на границе горизонтов. Основной причиной этого является высокая гетерогенность городских почв и большое антропогенных включений. Изучение водного режима почв гг. Сыктывкар и Краснодар летом-осенью 2020 г. показало формирование более выраженного слоистого гидрологического профиля урбаноземов. Для всех городских почв характерны более высокие значения температуры в летний период по сравнению с фоновыми почвами. | ||
3 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | этап 2021 года |
Результаты этапа: В основе данного исследования лежит представление о сильнейшем влиянии техногенеза на свойства почв: от микроуровня до уровня почвенного профиля. Наряду с универсальностью и высоким разнообразием этого воздействия на почвы в условиях города существует и специфика почв, отражающаяся в зональной смене климатических условий с севера на юг, отражающаяся в свойствах зональных почв, трансформация которых может различную направленность в зависимости от окружающей среды. Был проведен выбор ряда городов путем тщательного анализа городской среды по целому списку выбранных критериев, включавших (1) рассмотрение геоморфологии – от расположения над уровнем моря до особенностей рельефа города, (2) метеорологические параметры: количество осадков, сумма годовых температур воздуха, коэффициент увлажнения по Высоцкому-Иванову, континентальность климата (3) особенности растительного покрова. На этом этапе были выбраны города: Сыктывкар, Москва, Краснодар, Майкоп, Сочи, Симферополь. На втором этапе был проведен выбор ключевых участков с зональной, парковой и городской почвами с учетом следующих параметров: (1) одинаковое расположение по рельефу, (2) схожесть истории использования почвы, (3) степень удаленности от строений и дорог, (4) близкое расположение метеорологических обсерваторий. В процессе решения поставленных в проекте задач были получены следующие важнейшие результаты. 1.Физические свойства городских почв, и в первую очередь, плотность, пенетрация и структура почв, способны явится диагностическими критериями отдельных горизонтов городских почв, таких как урбиковые, техногенные и унаследованные горизонты. Показано, что важное значение имеют не только медианные величины этих свойств, но и разброс значений. Горизонты урбик всех исследованных почв имеют низкие величины плотности (med = 1,22 г / см3), высокий разброс значений коэффициента фильтрации с присутствием участков с близкими к нулю значениями. Преимущественно комковато-порошистая структура гумусовых отличается минимальным разбросом показателей почвы и близким к нормальному распределению. 2. Почвенные профили городских почв в верхней части имеют выраженную опесчанность слоя по гранулометрическому составу и пониженные значения удельной поверхности. Кроме того, горизонты урбик содержат большое количество и разнообразие состава и размеров антропогенных включений. Урбаноземы весьма отличаются от фоновых загородных и городских почв большей представительностью всех фракций почвенных агрегатов. Это ведет к снижению анизотропии твердости горизонтов городских почв. 3. Слои исследованных урбаноземов гумидной зоны характеризуются весьма близкой способностью сорбировать влагу, в отличии от дифференцированных по этому признаку профилей зональных почв. Различия в почвах степной зоны выражены очень слабо. 4. Выявлено закономерное увеличение краевого угла смачивания с увеличением антропогенной нагрузки. Наибольший краевой угол смачивания имеют верхние горизонты урбанозема Сыктывкара и составляют 110°. Наименьший краевой угол смачивания в верхних горизонтах почвы фона – около 50°. Наиболее значимая прямая корреляция наблюдается между углом смачивания и содержанием органического углеродом, а наиболее значимая обратная корреляция - между смачиваемостью и илистой фракцией <0,001 мм. 5. Изучение водного и температурного режимов исследованных почв показало формирование более выраженного слоистого гидротермического режима почв профилей урбаноземов. Для всех городских почв характерны более высокие значения температуры в летний период по сравнению с фоновыми почвами. Моделирование водного режима почв на примере урбанозема метеорологической обсерватории МГУ показало, что математические модели Hydrus и SWAP прогнозируют значительно большую влажность, чем реально наблюдаемая. Кроме того, не удалось добиться того, чтобы модели отражали застой влаги на границе горизонтов. Основной причиной этого является высокая гетерогенность городских почв и большое количество антропогенных включений. |
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".