Показано, что для разработки стратегии рационального использования почвенных ресурсов необходима методология, которая должна включать методы решения следующих задач: объективную оценку почвенных ресурсов; оценку их динамики за прошедшее время; долгосрочное прогнозирование динамики этих ресурсов; поиск компромиссов между необходимостью уменьшения деградации (эрозии) почвы и имеющимися экономическими возможностями. На примере эродированных черноземов пахотных земель Курской области рассмотрены решения указанных задач. Количество почвенных ресурсов оценивалось площадью пашни и мощностью гумусового горизонта, а их качество (плодородие, продуктивность) - запасами гумуса в слое 0-50 см. Динамика почвенных ресурсов оценивалась по изменению этих параметров. Приведены данные по сокращению ресурсов черноземов ориентировочно через 200-250 лет после распашки целины. Показано, что на восстановление мощности гумусового слоя эродированных черноземов потребуются тысячелетия, а на восстановление запасов гумуса - столетия. На большой площади пашни остановить эрозию за относительно малое время практически невозможно. Стратегия уменьшения эрозии включает этапы, для которых предложен подход к оценке допустимых эрозионных потерь почвы (ДЭПП). Этот подход представляет собой поиск компромисса между скоростью почвообразования, изменением мощности гумусового горизонта, продуктивности (качества, плодородия) почвы, случайным характером эрозионных процессов и, с другой стороны, противоэрозионных мероприятий в соответствии с имеющимися экономическими возможностями. Значения ДЭПП должны уменьшаться от этапа к этапу, приближаясь к скорости почвообразования. Разработаны значения ДЭПП для первого этапа (без экономической оценки).

Сопротивление разрыву образцов почвы на три порядка больше, чем касательные напряжения на дне склоновых потоков, которые производят работу по отрыву и транспорту почвенных частиц. Ц.Е. Мирцхулава полагал, что отрыв частиц почвы потоком происходит в результате усталостного нарушения связей между частицами почвы. С учетом этого сопротивление почвы разрыву уменьшается на два порядка. М.А. Неаринг полагал, что отрыв частиц почвы совершается в точках срыва вихрей со дна потока, где касательное напряжение на два порядка больше, чем его средняя величина. Эти подходы не объясняют преодоления силы сцепления между частицами почвы склоновыми потоками. Результаты исследования влияния температуры воды на скорость размыва модельных образцов почвы показали сильную зависимость эрозии от температуры воды, которая близка к правилу Вант-Гоффа. Экспериментально показано, что разрушение связей между частицами почвы в образце черноземной монозернистой почвы происходит под слоем неподвижной воды. После пуска потока воды в первые же мгновения срываются все частицы, лишившиеся связей с остальной почвенной массой. С увеличением продолжительности пребывания образца под слоем неподвижной воды количество частиц с нарушенными связями растет с некоторым замедлением. Эксперименты подтверждают справедливость гипотезы о негидравлическом характере сил, приводящих к нарушению межагрегатных связей в процессе водной эрозии. В реальных условиях, очевидно, работают все три отмеченных выше механизма.

Исследована возможность оценки впитывающей способности почвы с помощью портативной дождевальной установки с малой площадью орошения, исключающей формирование ручейковой эрозии. Для впитывающей способности почвы предложено уравнение, включающее эрозионный индекс дождя AI, который является критерием подобия. Уравнение проверено для естественных дождей (для водосборов и стоковых площадок) и для искусственных дождей (для стоковой площадки длиной 5 м и площадью 5 м²). Показано, что для оценки впитывающей способности почвы можно использовать стоковые площадки с малой площадью, на которых не будет ручейковой эрозии. Для проверки этого утверждения проведены два эксперимента. В первом использовалась большая дождевальная установка и стоковая площадка в поле с длиной 3 м и площадью 3 м². На стоковой площадке происходила ручейковая эрозия. Во втором эксперименте использовалась портативная дождевальная установка и стоковая площадка в форме круга с площадью 0.05 м² (ручейковая эрозия отсутствовала). Эксперимент проведен в лаборатории, используя монолиты почвы, взятые на том же поле. Для каждой дождевальной установки капли дождя были одинаковые, падали с одной высоты, интенсивность дождя была постоянной, но значения этих параметров были разными. В разных экспериментах были получены близкие зависимости впитывающей способности почвы от индекса AI. Использование портативной дождевальной установки требует меньших затрат.

Почвы различаются между собой наличием и характером профильных распределений педогенных признаков: содержанием органического вещества, присутствием новообразований, структурным состоянием почвенной массы и др. В том числе почвы существенно различаются профильной организацией порового пространства. Проведен компьютерный микромофометрический анализ тонких макропор d = 0.2-2.0 мм в микроморфологических шлифах вертикальной ориентации из основных генетических горизонтов подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных почв и черноземов европейской территории России. Анализ профильной изменчивости параметров пор проводили по нескольким наиболее информативным морфометрическим показателям: суммарной площади исследованных пор в шлифах (в процентах от площади поля зрения), содержанию трещиновидных пор и пор, имеющих вертикальную и/или горизонтальную ориентировку. Между исследованными типами почв установлены различия по профильному распределению перечисленных показателей. По аналогии с профилем карбонатов, солей, органического вещества почв предложено выделять диагностические профили порового пространства, которые представляют собой систему пор в вертикальной очередности почвенных горизонтов. Эмпирические профили порового пространства отличается большим разнообразием. Наиболее сложную организацию имеют дерново-подзолистой почвы, максимально простые, “сглаженные” профили характерны для чернозема типичного. Экспертная качественная типизация показала, что среди рассмотренных эмпирических профилей порового пространства наиболее часто встречаются элювиально-иллювиальный и аккумулятивно-элювиально-иллювиальный типы (42 и 30% соответственно). С одной стороны, это связано с преобладанием в выборке текстурно-дифференцированных почв. С другой стороны, обнаруженная связь отражает возможности профиля порового пространства как диагностического показателя почв и почвообразовательных процессов.

Представлен краткий анализ научной литературы по характеристике эродированных почв с позиций их гумусового состояния. Традиционно диагностическими индикаторами уровней эродированности почв, базирующимися на показателях гумусового состояния, являются: 1) уменьшение мощности гумусовых горизонтов эродированных почв, в процентах от таковой неэродированной (эталона); 2) уменьшение запасов гумуса в профиле эродированной почвы, в процентах от таковых неэродированной (эталона). Следует отметить, что выбор “эталона” неэродированной почвы представляет достаточно трудоемкое почвенное обследование, которое проводится в полевых условиях и носит экспертный (субъективный) характер, зависящий в значительной степени от квалификации почвоведа. Показано, что основные недостатки предложенных градаций эродированных почв заключаются в отсутствие подходов по их объективной оценке и рекомендаций по допустимым уровням эродированности почв, основанным на количественном учете степени гумусированности этих почв. Ранее разработаны градации пахотных почв (в том числе черноземов) Российской Федерации по степени гумусированности пахотного слоя, состоящие из четырех классов (меньше минимального содержания гумуса, слабогумусированные, среднегумусированные и сильногумусированные). Рекомендовано эродированные почвы с содержанием гумуса меньше минимального (первый класс по степени гумусированности) подвергнуть дальнейшему разбиению. Предложен способ оценки уровней эродированности черноземов, учитывающий значения минимального и критического содержания гумуса. Дана трактовка понятий минимального по Кёршенсу и критического содержания гумуса согласно Кирюшину и Ганжаре. Разработана шкала градации эродированности почв, которая представлена допустимым, недопустимым и кризисным уровнями. Приведены примеры построения такой шкалы для черноземных почв России и Германии.

Одним из главных факторов, влияющих на сорбционные свойства почв по отношению к фосфат-ионам, является органическое вещество почвы. Особый интерес представляет изучение сорбционных характеристик продуктов органо-минеральных взаимодействий в почве. Наиболее важную роль с точки зрения участия в формировании фосфатного режима почв играют органо-глинистые (илистая фракция) и органические (легкие фракции) комплексы. Исследовано фосфатное состояние пахотных горизонтов эрозионно-деградированных агродерново-подзолистых почв на основе параметров сорбции фосфат-иона разных компонентов органического вещества. Органические и органо-минеральные фракции пахотных горизонтов несмытых почв характеризуются высокими уровнем подвижности фосфора и способностью поддерживать постоянный уровень доступных для растений фосфатов (Р_лаб составляет 17.95 ± 2.06 мг/кг почвы), низкой сорбционной способностью по отношению к фосфат-иону (Р_сорб 96.06 ± 0.53 мг/кг почвы). Агроэкологическими особенностями эродированных почв являются повышенная сорбция фосфат-иона (Р_сорб увеличивается более чем в 2 раза) и низкий уровень доступного растениям фосфора (Р_лаб уменьшается почти в 2 раза) по сравнению с таковыми полнопрофильных почв. Процессы наносонакопления способствуют некоторому улучшению сорбционных параметров почвы, что выражается в увеличении количества лабильного фосфора в растворе и уменьшения фосфора, сорбированного твердой фазой почвы: величина Р_лаб в смыто-намытых и намытых почвенных разновидностях увеличивается более чем на 20%, а величина Р_сорб уменьшается в среднем на 1% по сравнению со смытыми разновидностями. Комплекс параметров сорбции фосфат-иона органо-минеральных фракций изученных агродерново-подзолистых почв разных элементарных почвенных структур является информативной системой оценки фосфатного состояния эрозионно-деградированных агродерново-подзолистых почв.

Молекулярно-биологическими методами проведено исследование структуры микробного сообщества в профиле темно-серой почвы Luvic Retic Greyzemic Phaeozem (Loamic), Московская область, Каширский район. Микроорганизмы играют ведущую роль в преобразовании органического вещества почвы, их основная масса сосредоточена в верхней части профиля. В связи с этим большинство почвенных микробиологических исследований проводится для верхних горизонтов. Однако изучение микробного сообщества нижней части профиля представляет не только теоретический, но и практический интерес в связи с возрастающей интенсивностью эрозионных процессов. Методом количественной полимеразной цепной реакции в реальном времени оценено количество ДНК бактерий, архей и микромицетов в горизонтах исследуемой почвы. Исследован материал кротовины, находившейся на глубине 80 см. Наибольшее количество ДНК бактерий и архей выявлено в верхнем гумусово-аккумулятивном горизонте (9.6 × 10⁸ и 9 × 10⁷ копий/г почвы соответственно). С увеличением глубины наблюдалось плавное снижение количества ДНК бактерий и архей, что связано с изменением физико-химических условий в почве. ДНК микромицетов распределялись по профилю равномерно (5.0-9.4 × 10⁷ копий/г почвы). Показатели содержания ДНК разных групп микроорганизмов в материале кротовины были близки к нижним минеральным горизонтам. Это может быть объяснено инфильтрацией воды через кротовину с элюированием микроорганизмов в период переувлажнения почв. Определяющими факторами, влияющими на количество ДНК микроорганизмов, являются элементарные почвенные процессы: биогенно-аккумулятивный в верхних горизонтах, глинисто-иллювиальный и гумусово-иллювиальный в нижних горизонтах темно-серой почвы.

Выявлены особенности первичного зарождения структурных элементов (кластеров) и закономерности их роста при послойном осаждении из водных суспензий илистых фракций образцов серых лесных почв, необходимые для установления механизма формирования почвенной микроструктуры внешними воздействий (периодического переменного увлажнения и высушивания). Пробы суспензий размера <1 мкм почвенных образцов, подготовленных для проведения гранулометрического и микроагрегатного анализов по стандартным методикам, но прошедших предварительное одно- и двухразовое высушивание, сливали в пробирки. Затем пипеткой с острым наконечником брали среднюю пробу из пробирок, предварительно встряхивая их до полного растворения осадка. Данные пробы (1 каплю) высаживали на лабораторное стекло размером 1 × 1 см. Всего подготовлено 14 препаратов. Через 48 ч, после испарения воды, процедуру повторяли для семи проб. Таким образом, было получено 7 стекол с осадком ила из одной капли, и 7 стекол с осадком ила из двух капель. Данные препараты были сканированы на растровом электронном микроскопе РЭМ JEOL 6060A. При сканировании на приборе применяли случайную выборку. Математическая обработка изображений РЭМ позволила выявить тенденцию увеличения уплотненности скоплений частиц с уменьшением их размера, увеличения их количества и уменьшения расстояния между образованными кластерами в процессе единичного осаждения. При формировании кластеров второго порядка (при цикличности осаждения) плотность распределения структурных элементов резко возрастает, при этом новые массивы кластеров могут привести к необратимым изменениям почвенной микроструктуры, разрушению агрегатов. Наличие гумуса в почвах приводит к сглаживанию этих процессов. Для почвообразующих пород в аналогичных условиях изменения размеров кластеров не происходит.