Лаборатория лесного почвоведения

Новости лаборатории

Выполнена работа по проекту РФФИ "Красная книга почв Карелии как составная часть Красной книги почв России". Обоснована методика выделения эталонных, редких и уникальных почв Республики Карелия. Проведен анализ сведений по свойствам почв и их площадном распространении на территории региона, полученных за последние 20 лет в ходе маршрутных и стационарных исследований. В дополнение имевшихся данных о почвах и почвенном покрове в ходе экспедиционных исследований получены новые данные по почвам таежной зоны Северо-Запада России. На основе полученного материала выделены эталонные, редкие и уникальные почвы на территории республики. Дана оценка современного экологического состояния и степени угрозы деградации, загрязнения и исчезновения почв Республики Карелия, составлен список почв, нуждающихся в охране.
Разработана концепция и подготовлена для опубликования Красная книга почв. Полученные результаты являются основанием для создания системы охраны почв в республике, сохранения биоразнообразия природы. Выделенные эталонные почвы являются точкой отсчета для организации и проведения мониторинга окружающей среды. Красная книга почв внесет большой вклад в решение задачи экологического просвещения населения и формирования у него бережного отношения к природе.

Основные направления научных исследований

Генезис лесных почв, их диагностика и классификация. Географические закономерности структуры почвенного покрова.

Потоки химических элементов в системе атмосфера - растительность – почва.

Продуктивность лесных земель.

Роль почвенной биоты в почвообразовании и формировании почвенного плодородия.

Антропогенная трансформация лесных почв (в т.ч. загрязнение тяжелыми металлами), оптимизация их экологических функций.

Основные результаты деятельности

Впервые для северной и среднетаежной подзон Карелии разработаны принципы бонитировки лесных земель. На основании исследований генезиса, плодородия, структуры почвенного покрова в лесных биогеоценозах представлена система типологической оценки лесных почв. Построены многофакторные модели связи продуктивности древостоев с параметрами лесорастительных свойств почв. Разработаны оценочные шкалы плодородия лесных почв, являющиеся основой земельного кадастра.
Обобщены результаты многолетних исследований содержания и трансформации органического вещества в лесных биогеоценозах Восточной Фенноскандии. Установлены основные факторы формирования гумусовых профилей различных типов почв в сосновых и еловых лесах. Выявлена роль почвенной фауны и микробиоты в трансформации растительного вещества и в формировании количественного и качественного состава азотных соединений, их пространственной и временной изменчивости. Установлено, что структура азотного фонда лесных почв характеризуется высокой стабильностью в зональном и экологическом аспектах. Воздействие лесохозяйственных мероприятий проявляется во временном изменении количественных показателей. Стабильность азотного фонда лесных почв определяет устойчивость характера биологического круговорота в лесных экосистемах. Выявлена тесная корреляционная взаимосвязь между продуктивностью хвойных древостоев в гумидной зоне и запасами органического вещества и азота в корнеобитаемом слое почв.
Составлены генетическая почвенная карта М 1:1000 000 и карта плодородия лесных почв Карелии М 1:500 000. Исследована структура почвенного покрова, показано, что ведущую роль в его строении играют сложные 3-4-компонентные сочетания подзолистых, болотно-подзолистых и болотных почв. Элементарные почвенные ареалы представлены болотными и примитивными почвами. Проведен анализ взаимосвязей показателей почвенного плодородия и продуктивности лесов, выявлены наиболее информативные группы почвенных свойств. На основании исследований генезиса, плодородия , структуры почвенного покрова в лесных биогеоценозах разработана система типологической оценки лесных почв. Построены многофакторные модели связи продуктивности древостоев с параметрами плодородия почв, проведено районирование территории Республики Карелия по почвенным лесорастительным показателям.
Впервые проведено обследование лесной территории Карелии и дана оценка ее состояния в связи с аэротехногенным загрязнением. Разработаны оценочные шкалы содержания тяжелых металлов и серы во мхах и лесных подстилках. Определены региональные фоновые концентрации. Создан атлас загрязнения лесной территории Карелии тяжелыми металлами и серой, состоящий из 20 цветных компьютерных картосхем. Заложена сеть пробных площадей лесного мониторинга (120 п.п., плотность - 1 пр.пл. на 100 кв.км.). Дана оценка воздушного загрязнения на территории Карелии по химическому анализу зеленых мхов и лесных подстилок, выявлены основные вещества-загрязнители. Исследования проводились в рамках международных проектов "Atmospheric Heavy Metal Deposition in Northern Europe, 1995; Air Pollution and Vegetation, 2000, 2005). Установлено, что основными источниками аэротехногенных поллютантов на территории республики являются промышленные центры и основные транспортные магистрали, а также предприятия граничащих с Карелией регионов.
Разработаны теоретические аспекты процессов буроземообразования на шунгитсодержащих материнских породах, раскрывающие их структурную организацию и функции как природного тела, разработана диагностика и таксономия данных почв. Выявлена реакция буроземных почв на различные виды антропогенного воздействия, начиная с микро- до макроуровня. Проведено почвенно-геохимическое районирование Заонежья, которое показывает территории с различной степенью устойчивости почв и почвенного покрова к воздействию лесопромышленного и горнорудного производств и их способность к рекультивации.
На основании многолетних исследований обобщены данные по почвенному фонду республики и площадному распределению почв на территории Карелии. Дана характеристика почв сосновых, еловых и лиственных лесов и различных типов вырубок разного возраста. Приведены сведения о кислотно-щелочных свойствах почв и запасах элементов минерального питания в корнеобитаемом слое. Дана характеристика плодородия земель сельскохозяйственного назначения.

Рассмотрены особенности экологии городских почв на примере г. Петрзаводска. Показана роль микроорганизмов как индикаторов качества почв урбанизированных территорий. Разработаны рекомендации по устранению негативных воздействий на городские земли.
Разработана концепция сохранения разнообразия почв как условия сохранения биоразнообразия лесных экосистем Северо-Запада России. Исследована внутрибиогеоценотическая изменчивость основных почвенных параметров, определены факторы данной неоднородности. Выявлены минералогические и химические характеристики почвообразующих пород, определяющие разнообразие почв и биоразнообразие сообществ, сформировавшихся на них. Показана приуроченность основных представителей флоры и фауны таежных лесов (сосудистых растений, мхов, грибов, лишайников, энтомофауны, микроорганизмов, позвоночных животных и др.) к определенным лесорастительным условиям. Установлено, что антропогенное воздействие на видовое разнообразие биотопов таежных экосистем неоднозначно и тесно связано с его структурой и эколого-трофическими условиями.
Впервые проведено изучение почв и структуры почвенного покрова приграничной территории России и Финляндии, а также Российско-Финляндского парка «Дружба». Составлены генетические почвенные карты М 1:200000 и М1:50000 с легендой в терминологии ФАО ЮНЕСКО (1990). Выявлено влияние интенсивного ведения лесного хозяйства на процессы почвообразования на территории Финляндии в сравнении с почвами ненарушенных лесных массивов приграничной полосы Карелии. Установлено, что интенсивное лесохозяйственное освоение территории приводит к снижению содержания органического вещества и повышению кислотности почв сухих местообитаний. Однако, современные технологии ведения лесного хозяйства, применяемые в Финляндии, позволяют сохранить плодородие лесных почв, о чем свидетельствуют высокие запасы в них элементов минерального питания.
Исследовано влияние различных видов антропогенного воздействия на автоморфные и гидроморфные почвы Карелии. Выявлены изменения строения почв и почвенного покрова сосновых биогеоценозов при проведении рубок и установлены временные тренды химических свойств лесных почв в данных условиях. Изучены функциональные особенности микробиоты переходных староосушенных торфяников под культурами сосны и ели, что позволило обосновать целесообразность создания культур без предварительной подготовки почвы. Исследовано влияние применения гербицидов и удобрений при создании культур сосны и ели на вырубках на лесорастительные свойства почв. Установлено, что основные показатели плодородия в значительной степени зависят от воздействия химикатов на почву и ее генетических особенностей. Получены данные о биологической активности почв урбанизированных территорий, на базе которых сформированы эколого-микробиологические основы охраны почв.
Получены новые данные о составе и структуре гумусовых кислот подзолистых и болотно-подзолистых почв, показаны закономерности миграции этих соединений в почвах под различными насаждениями. Выявлены изменения фракционного и элементного состава гумусовых кислот и органоминеральных комплексов в лесных почвах нарушенных рубками биогеоценозов. Впервые в составе азотного фонда почв выделены фракции свободных и связанных с гумусом аминокислот, проведена идентификация этих соединений, являющихся источником и резервом азотного питания лесных экосистем. Установлены закономерности накопления аминокислот в почвах хвойных и мелколиственных лесов Карелии, выявлены зависимости состава аминокислотного пула от генезиса и степени увлажнения почв, возраста насаждений и условий местопроизрастания.
Впервые проведено изучение валового содержания микроэлементов и серы в почвах Валаамского архипелага. Подготовлены карты, которые отражают распределение исследованных элементов в почвенном покрове охраняемой островной экосистемы Карелии.
В лесных почвах различных типов ландшафтов Карелии, контрастных по факторам почвообразования, детально изучены особенности содержания и внутрипрофильного распределения микроэлементов. Установлены фоновые уровни содержания микроэлементов, особенности их аккумуляции и миграции, характер радиальных геохимических барьеров. Количественные параметры содержания и распределения микроэлементов в почвах могут являться основой для проведения мониторинга на ландшафтной основе, использоваться при рациональном землепользовании и охране почв от деградации, информационном обеспечении земельного кадастра, оценке и прогнозе экологического состояния земель.
Проведен эколого-геохимический анализ миграции химических элементов в почвах Восточной Фенноскандии. Охарактеризованы особенности накопления и миграции макро- и микроэлементов в профиле различных типов почв. Полученные данные позволили разделить автохтонное и аллохтонное поступление химических элементов в лесные почвы. Большое внимание уделено экологическому состоянию почв на территориях, испытывающих повышенные антропотехногенные нагрузки. Проведено ранжирование отдельных районов по степени аэротехногенного воздействия на лесные почвы. Выполнена почвенно-геохимическая оценка содержания тяжелых металлов в исследованных компонентах лесных биогеоценозов, отражающая существующий уровень и потенциальную опасность загрязнения почв токсичными микроэлементами.
Для уникальных исторических и природно-ландшафтных территорий, заповедников, национальных парков Республики Карелия составлены крупномасштабные почвенные карты. Установлены особенности генезиса почв и структуры почвенного покрова, выявлены эталонные, уникальные и редкие почвы, обеспечивающие сохранение биоразнообразия и являющиеся объектами Красной книги почв.
На основе международных стандартов на пробных площадях мониторинговой сети, охватывающей всю территорию Республики Карелия, проведен анализ почвенно-растительных комплексов (в рамках Европейской программы “ICP-Forests”). Получены новые данные, позволяющие оценивать масштабы изменений лесов в современных условиях состояния окружающей среды и создающие основы разработки концепций устойчивого природопользования.
В результате многолетних стационарных исследований лесных почв в природных заповедниках получены разносторонние научные данные, позволившие выявить особенности современного почвообразования и происходящие изменения почв в хвойных лесах в условиях северо- и среднетаежной подзон Карелии. Проведен анализ и обобщение полученных материалов по трансформации минеральных соединений, превращении соединений гумусовой природы, роли почвенной биоты в формировании плодородия лесных почв. Установлено, что при существующих климатических различиях северо- и среднетаежной подзон на северо-западе России, ведущим фактором почвообразования в хвойных лесах является геоморфологическое строение местности, определяющее режим увлажнения почв, их трофность и площадное соотношение автоморфных и гидроморфных почв.
На основе анализа экологических условий района разработки Костомукшского железорудного месторождения (северная тайга), процессов первичного почвообразования и естественного восстановления фитоценозов на техногенных землях, а также долговременного эксперимента по искусственному лесовосстановлению разработаны методы рекультивации нарушенных территорий в условиях Севера. Показана перспективность создания культур карельской березы саженцами, выращенными с помощью микроклонального размножения.
На основании многолетних стационарных исследований лесных почв в природных заповедниках установлено, что при существующих климатических различиях северо-и среднетаежной подзон на северо-западе России, ведущим фактором почвообразования в хвойных лесах является геоморфологическое строение местности, определяющее режим увлажнения почв, их трофность и площадное соотношение автоморфных и гидроморфных почв.
На основе многолетних исследований почв Карелии сформирована и зарегистрирована электронная база данных "Почвы Карелии" с широким набором почвенных характеристик для различного целевого назначения и использования. Проведена оценка потенциала почвенных ресурсов, который может обеспечить успешное развитие лесопромышленного региона.
Впервые с использованием технологии ГИС составлены почвенные карты Республики Карелия (М 1:500 000), имеющие фундаментальное и научно-прикладное значение. На картах отражены количественные и качественные показатели почвенных ресурсов: структура почвенного покрова территории, уровень плодородия и современное экологическое состояние почв.
Проведена корреляция основных единиц региональной почвенной классификации с международной классификацией (WRB). Получены новые данные по запасам азота, углерода и микроэлементов в лесных подстилках и слое почвы 0 - 50 см.
Проведен сравнительный анализ генетических особенностей нативных лесных и антропогенно нарушенных почв урбанизированных территорий Карелии.
В рамках российско-финляндской программы «ENPI Karelia» в районе Костомукшского горно-добывающего комплекса в Республике Карелия проведены исследования химического состава техногенных земель и создана плантация ивы (Salix Schwerinii E.L.Wolf). Показана возможность выращивания ивы данного вида в условиях северо-запада России на субстратах, являющихся отходами обогащения железной руды и обладающих низким плодородием. На основе химического анализа морфологических частей растений установлено, что Salix Schwerinii E.L.Wolf может являться фиторемедиантом земель, загрязненных тяжелыми металлами.
На основании комплексных исследований почв березовых, осиновых и еловых биогеоценозов, проведенных в среднетаежной подзоне Карелии методами кластерного и факторного анализов выявлено, что почвенные показатели, наиболее тесно взаимосвязанные с лесообразующей породой, различны для лесной подстилки и для горизонта А1А2. Для подстилки – это главным образом элементы, отвечающие за минеральное питание растений (P2O5(подвижн), K2O(подвижн), C, N), а также Al2O3, Fe2O3. Для горизонта А1А2 – это показатели общего содержания Al2O3, Fe2O3, Na2O, MnO. Методом дискриминантного анализа определены общие для лесной подстилки и верхних минеральных горизонтов почвенные признаки, наиболее взаимосвязанные с лесообразующей породой: pH водной вытяжки, общее содержание Al2O3, P2O5, Na2O.
В среднетаежной подзоне Карелии выявлены особенности микробной трансформации соединений азота в автоморфных почвах хвойных и мелколиственных лесов. Дана количественная оценка сопряженных звеньев трансформации азота (денитрификация, аммонификация, нитрификация), включающие оценку активности и продуктивности его связывания микроорганизмами из атмосферы. Впервые для условий средней тайги Карелии установлено микробное поглощение закиси азота лесными почвами хвойных лесов в процессе денитрификации, что указывает на важную особенность функционирования лесных почв Карелии как «стока» для азотсодержащих парниковых газов, в частности N2O.
Впервые обобщены материалы о разнообразии органопрофилей почв северо- и среднетаежной подзон Северо-Запада России, дан сравнительный анализ закономерностей накопления и трансформации органического вещества в лесных почвах. На основе количественных и качественных показателей органического вещества разработана методологическая основа и проведена классификация органопрофилей лесных почв. Впервые созданы средне- и крупномасштабные карты распространения органопрофилей почв, а также карты запасов органического вещества в лесных подстилках и метровой почвенной толще, позволившие более точно оценить вклад лесных почв в региональный баланс углерода.
Разработана методика и алгоритм идентификации массивов болотных почв на электронных почвенных картах. Аутентифицированы типы болотных почв и обновлены их контура на векторной версии почвенной карты Карелии (М 1:500 000). Работы проведены совместно с лабораторией болотных экосистем Института биологии.
Получены свидетельства о государственной регистрации баз данных:
1.«Электронный атлас содержания тяжелых металлов в почвах города Петрозаводска». Включает в себя характеристику пробных площадей, данные валового содержания тяжелых металлов (Pb, Cr, Сu, Со, Ni, Mn, Zn) и кислотности верхнего горизонта городских почв, картосхемы комплексного показателя суммарного загрязнения почв
2.«Почвенный фонд Карелии». Содержит сведения о почвенном фонде республики Карелии, площадях почвенных единиц и информацию о природных условиях их формирования, предназначена для хранения, систематизации и анализа сведений о почвах и почвенном покрове республики Карелии.
3. «Тяжелые металлы в почвах Карелии» .В базе данных приводятся сведения о содержании 6 элементов (Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn) в различных горизонтах почв. Сбор данных проводился в рамках международной программы ICP Forest.
Впервые для оценки воздействия урбанизации на биологическую активность автоморфных почв хвойных и лиственных насаждений среднетаежной подзоны Карелии определены количественные характеристики содержания азота и углерода микробной биомассы, а также ряд экофизиологических показателей (БД, qCO2,Cмик/Сорг, Nмик/Nобщ) с использованием метода субстрат-индуцированного дыхания (СИД). Полученные данные позволяют расширить спектр показателей, характеризующих экологическое состояние естественных и антропогенно нарушенных почв данных природно-климатических условий.
Впервые за последнее десятилетие проведено обследование почв основных базисных лесных питомников Карелии. Определены физические и агрохимические свойства почв и дана их оценка в соответствии с существующими нормативами. Составлены почвенные картосхемы и агрохимические картограммы М 1:20000. Даны рекомендации по улучшению плодородия почв для повышения выхода высококачественного посадочного материала.
Проведенные статистические исследования на основе многолетних данных собранных в БД «Почвы Карелии» позволили установить пределы колебаний и средние величины уровня почвенной кислотности и содержания подвижных и валовых элементов в наиболее распространенных почвах Карелии.
Обобщены результаты фонового почвенного мониторинга в северо- и среднетаежной подзонах Карелии. Выявлены закономерности накопления и распределения тяжелых металлов по профилю естественных и антропогенно нарушенных почв и показаны особенности техногенного загрязнения урбанизированных территорий.
Исследование состояния городских почв, находящихся в зоне действия железнодорожного транспорта, позволило выявить количественные показатели изменения свойств почв и микробиоты. На основе полученных данных выделили зону наибольшего антропогенного воздействия.
Опубликована монография «Тяжелые металлы в почвах Карелии», куда вошли компьютерные карты комплексного загрязнения тяжелыми металлами территории Республики Карелия и почвенного покрова г. Петрозаводска.
Построены электронные картосхемы содержания микроэлементов в верхних минеральных горизонтах лесных почв среднетаежной подзоны республики на основе электронной почвенной карты Карелии М. 1-500 000. Созданные картосхемы представляют собой обширную базу накопленных данных с возможностями использования в разных областях почвоведения, лесоведения, экологии.
Проведены исследования ненарушенных почв, расположенных в градиенте высотной поясности низкогорного ландшафта Восточной Фенноскандии (на примере НП «Паанаярви»). Рассмотрены особенности морфологического строения почв, их гранулометрического состава, физико-химических свойств, содержания макро- и микроэлементов. Получены новые данные о разнообразии микробных сообществ почв.

Мероприятия

Сотрудники

Контактная информация

Официальное название: Институт леса — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра "Карельский научный центр Российской академии наук"
Адрес: Лаборатория лесного почвоведения
Институт леса
11, Пушкинская
Петрозаводск
Карелия, 185910
Контактный телефон(ы): +7 (8142) 78-00-59, 76-81-60
Факс: +7 (8142) 76-81-60
Электронная почта: mariamed@mail.ru