Карельские ученые работают над новой методикой исследования почв при помощи георадиолокационного зондирования. Пока основным способом изучения в этой области остается ручная раскопка почвенных разрезов, что весьма трудоемко. Использование георадара позволит анализировать большие по площади территории за относительно короткое время. Это поможет быстрее и эффективнее проводить почвенное картирование, фиксировать вариабельность почвенного покрова, выявлять уязвимые или загрязненные участки почв. Практическая реализация может найти применение в точном земледелии и экологическом мониторинге. Разработкой системы комплексного мониторинга окружающей среды Восточной Фенноскандии, входящей в Арктическую зону РФ, занимается лаборатория экологического мониторинга и моделирования Отдела комплексных научных исследований (ОКНИ) КарНЦ РАН. Одно из направлений этой темы – разработка новых подходов к изучению почв на основе современных цифровых методов диагностики, таких как георадиолокация. Пока основным способом исследования в этой области науки остается ручная раскопка: чтобы изучить какие почвы представлены на той или иной территории, какими свойствами они характеризуются, специалисты делают почвенный разрез и берут для анализа образцы грунта. Использование бесконтактных способов поможет ускорить исследования и охватить большие по площади территории. В зарубежной литературе для подобных методов в почвоведении используется термин «проксимальные зондирующие методы». – Внедряя георадиолокацию в традиционный комплекс почвенных методов, мы получаем возможность диагностировать значительные по площади территории – до нескольких километров за один день. Это позволяет эффективнее находить области, где происходит трансформация почвенного покрова, вызванная как глобальными изменениями окружающей среды, так и антропогенными факторами. Как пример можно привести следующую ситуацию: произошел разлив дизельного топлива, часть его просочилась в почвенную толщу, и визуально степень загрязнения определить затруднительно, вручную отбирать образцы достаточно долго, но по данным георадиолокации можно получить первичный контур места загрязнения относительно быстро и недорого. Также метод может быть полезен в точном земледелии, когда речь идет о больших по площади сельскохозяйственных угодьях, где нужно проанализировать, к примеру, влажность почвы. Наконец, георадиолокация позволит ученым находить новые интересные природные объекты для дальнейшего, более детального, изучения, – пояснил Павел Рязанцев, геофизик, старший научный сотрудник лаборатории экологического мониторинга и моделирования ОКНИ КарНЦ РАН. В июле в авторитетном международном журнале CATENA вышла научная статья Павла Рязанцева и Ольги Бахмет (https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106285), известного почвоведа, члена-корреспондента РАН, руководителя лаборатории, генерального директора КарНЦ РАН. В ней ученые обобщили мировой опыт по использованию дистанционных средств изучения почв и привели результаты своей работы по описанию почвенных горизонтов подзолистых почв с помощью георадиолокации в таежных лесах центральной Карелии. По словам Павла Рязанцева, разработка методов дистанционного зондирования – общемировой тренд. Однако универсального решения этой задачи пока нет. Она осложняется многообразием и сложностью строения разных типов почв, отдельные свойства которых к тому же могут меняться в разных климатических условиях и временных диапазонах. – Практически каждый случай индивидуален и уникален, поэтому надо набирать общую мировую базу данных, чтобы разработать общую универсальную методологию съемки, – отметил геофизик. Сейчас ученые ОКНИ КАРНЦ РАН работают с типами почв, характерными для Карелии. Один экспериментальный участок был выбран в Заонежье, где почвы формируются на шунгитовых сланцах, богатых углеродом, второй – на территории заповедника «Кивач», где анализируются типичные для Карелии подзолы. Ранее участки детально исследовали почвоведы лаборатории лесного почвоведения Института леса КарНЦ РАН: они вручную отбирали образцы с разных горизонтов, описывали растительный покров и т.д. Павел Рязанцев, в свою очередь, «просвечивал» эти территории георадаром. В итоге, полученные результаты сопоставляются для определения уровня достоверности георадарного зондирования. –Мы изучаем электрофизические свойства каждого генетического горизонта в почвенных разрезах и определяем, какие из них наиболее ярче всего себя проявляют в геофизических полях. Это позволит понять, как правильно и наиболее эффективно анализировать георадарные данные и какими конкретными геофизическими атрибутами будут характеризоваться исследуемые типы почв. Согласование между характеристиками почвы и регистрируемыми параметрами георадарного сигнала – необходимое сегодня условие для определения возможностей и ограничений метода, – пояснил Павел Рязанцев. По итогам проведенной работы уже выяснилось, что применение георадара позволяет с высокой точностью определять даже маломощные почвенные горизонты, оценивать изменения их электрофизических параметров, как в горизонтальной проекции, так и на глубину, а также обнаруживать локальные почвенные неоднородности. Кроме того, ученые обнаружили, что параметры отраженного сигнала георадара связаны с содержанием органического углерода в почве. Это открывает новые возможности для определения запасов почвенного углерода, что важно в свете актуальной задачи изучения глобальных депонированных запасов углерода в почвах, географии распространения и уровнях выбросов в атмосферу. Фото: Станислав Кутенков, Николай Петров