Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проведен анализ цвета открытой поверхности пахотных почв за период с 80-х годов прошлого века по 2010 год по разновременным космическим снимкам Landsat для территорий с преобладанием на ЕТР засоленных и переувлажненных почв. В результате проведенных исследований выявлены тренды вторичной засоленности и вторичной переувлажненности пахотных почв ан ЕТР. Установлено, что доля вторично засоленных почв возрастает немного, но степень засоления имеет тенденцию к увеличению. Доля вторично переувлаженных пахотных почв имеет тенденцию к росту. Причем рост наблюдается и на водораздельных пространствах с черноземными почвами. Причинами выявленных изменений вероятнее всего являются глобальные изменения климата и нерациональное использование пахотных угодий. Результаты анализа представлены в виде карт. На территории лесной, лесостепной и степной природных зон Европейской части России проведено выявление и картографирование оставленных аграрных угодий. Выявление залежных земель производилось в пределах ключевых участков, репрезентативно представляющих условия каждой природной зоны. Отбор залежных земель производили на основе группы критериев, таким образом, чтобы обеспечить на их основе возможность пространственного анализа характеристик растительности оставленных аграрных угодий и их спектрально-отражательных признаков. С использованием снимков сверхвысокого пространственного разрешения проведено геоинформационное картографирование всех залежей, отобранных в аналитическую выборку. В общей сложности сформирована выборка, включающая данные о более 300 оставленных аграрных угодьях. Суммарная площадь выявленных объектов составила 20781 га. Для каждого из них был определен набор параметров, характеризующих современное состояние растительности: тип растительного покрова, наличие или отсутствие древесной растительности, тип формирующихся лесных насаждений, величина покрытия древесными сообществами. Для каждой залежи с использованием современных спутниковых данных Landsat OLI были вычислены коэффициенты спектральной яркости в инфракрасном диапазоне. На основе созданной выборки объектов сформирована геоинформационная база данных, включающая контуры всех угодий и набор параметров для каждого из них. Таким образом, была сформирована база геоданных данных, включающая сведения о современном состоянии растительного покрова и его спектрально-отражательных признаках. Она выступает основой для анализа спектральных характеристик залежных земель, расположенных в различных природно-климатических условиях. Для возвышенностей Восточно-Европейской равнины было изучено, как изменяется доля основных земельных угодий при продвижении с севера на юг. Для этого было выбрано 7 ключевых участков размером 30 на 30 км, расположенных вдоль субмеридионального трансекта, пересекающего Восточно-Европейскую равнину от Фенноскандии до Предкавказья. Эти участки размещены на Тихвинской гряде, Валдайской возвышенности, Смоленско-Московской возвышенности, на севере и на юге Среднерусской возвышенности, Калачской возвышенности и Донской гряде. На основе точечной выборки (1000 точек для каждого участка) по космическим снимкам были определены площади земельных угодий. Установлено, что в настоящее время доля лесов при продвижении с севера на юг сокращается от 80,8 до 2,2%. Доля болот сокращается от 11,7 до 0,1 %. Доля водоемов сокращается от 4,6 до 0,1%. Доля естественных кормовых угодий в этом направлении увеличивается от 4,7 до 40,5%. Доля пашни в южной направлении увеличивается от 1,1% на Валдайской возвышенности до 71,6% на юге Среднерусской возвышенности. Далее к югу она уменьшается до 56,5%. Доля застроенных территорий нарастает от 0,6% на Тихвинской гряде до 7,3% на юге Среднерусской возвышенности, а далее к югу уменьшается до 0,7 %. Сады были обнаружены только на трех ключевых участках (север и юг Среднерусской возвышенности, Калачская возвышенность), где их доля колеблется от 0,7 до 0,3%. Результаты почвенных и геоботанических исследований разновозрастных залежей в лесостепной и степной зонах ЦЧР позволяют судить о прогрессивном развитии (воспроизводстве) почвенных свойств в постагрогенном тренде. почв происходит синхронно с формированием зональных травянистых сообществ, в которых последовательно сменяются стадии простой и сложной растительных группировок, с постепенным увеличением доли дерновинных злаков. Исследованные регенерационные процессы (постагрогенное воспроизводство почв, формирование видовой структуры растительного покрова) имеют тенденцию к замедлению после 30-40 лет вторичных сукцессий. Анализ свойств постагрогенных горизонтов почв в районе античного землепользования показал, что они при сопоставлении с пахотными горизонтами в наибольшей мере отличаются содержанием подвижного фосфора и легкогидролизуемого азота. При сравнении с пахотными почвами верхний слой залежных почв на 20-30% отличатся более высоким содержанием гумуса и валового азота, а нижний слой вне зависимости от длительности залежного режима сопоставим по семи показателям, кроме подвижного фосфора, содержание которого в 2,5 раза меньше, чем в пахотном горизонте. В разновременных постагрогенных почвах верхний, наиболее ренатурированный слой, по сравнению с нижним, наиболее сохранившим результаты агрогенных нагрузок, отличается более высоким содержанием подвижного фосфора, гумуса, легкогидролизуемого и валового азота. С учетом гидрологической и геоморфологической специфики территория Крыма была дифференцирована на сеть операционно-территориальных единиц почвоводоохранного проектирования, представленную преимущественно бассейнами 4 порядка. Для территории Крыма была сформирована база геоданных на основе картографических материалов, данных дистанционного зондирования, глобальных цифровых моделей рельефа и метеорологических данных. С использованием пространственного анализа была проведена покомпонентная оценка природно-хозяйственных условий для каждого бассейна и заполнена атрибутивная таблица с характеристиками об осредненных геоморфологических характеристиках (абсолютная высота, уклон, эрозионный потенциал рельефа, форма склонов, эрозионное расчленение), протяженности гидрографической сети, доминирующих почвах, климатических условиях площадях угодий, степени экологической устойчивости. Всего база геоданных содержит информацию по 1573 бассейнам (включая прибрежные территории, водосборы низших порядков и бессточные области). Результаты были интегрированы в пользовательскую геоинформационную систему «Речные бассейны Крыма», которая является достаточным предпроектным обоснованием для дальнейших работ по типизации бассейнов, предложению типовых сценариев почвоводоохранного обустройства агроландшафтов для групп бассейнов и разработки проектов бассейнового природопользования для ключевых объектов. В рамках направления исследования процессов водной эрозии в Крыму в ходе полевых выездов для ключевых участков была проведена съемка с БПЛА и получены высокоточные цифровые модели рельефа и ортофотопланы.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В ходе выполнения второго этапа научного проекта по разработке концепции эколого-реабилитационного землепользования в районах интенсивной деградации земельных ресурсов страны были достигнуты следующие результаты. На основе архива разновременных спутниковых данных Landsat 8 и результатов полевых исследований с использованием полевого спектрорадиометра HandHeld-2 (ASD, USA) был проведен анализ степени дегумификации пахотных почв тестовых хозяйств ЕТР на основе разработанных подходов, которые были использованы для анализа многолетней динамики других свойств почв в предыдущие годы выполнения проекта. На основе архива данных CAMS были выявлены наиболее стабильные зоны запыленности атмосферы над территорией ЕТР и проведен анализ связи этих зон с площадью пахотных угодий и зонами дефлированности почв по данным БД ГИС «Деградация почв России» (1999). Выделение зон стабильности запыленности было проведено на основе анализа данных CAMS за 5-летний период. Полученные данные послужили основой для корректировки информации о дефлированности почв ЕТР, содержащейся в БД ГИС «Деградация почв России» (1999). Изучены характеристики растительного покрова и его спектрально-отражательные свойства для залежных земель, расположенных в пределах лесной, лесостепной и степной природных зон европейской территории России. Выполнен анализ современной величины покрытия залежей древесной растительностью, коэффициентов спектральной яркости инфракрасного диапазона, изучена многолетняя динамика вегетационного индекса NDVI (247 измерений) в период 2000-2018 гг. Для природных зон и физико-географических подзон проведено количественное сравнение современной величины покрытия залежей древесной растительностью, коэффициентов спектральной яркости и значений вегетационного индекса. Выполнено сравнение современной и средней многолетней величины NDVI для залежей, находящихся в различных природно-климатических условиях. Изучена интенсивность изменения вегетационного индекса для залежных земель анализируемых подзон лесной, лесостепной и степной природных зон. Статистически значимые различия в современной величине покрытия залежей древесной растительностью, коэффициентах спектральной яркости и вегетационном индексе NDVI выявлены на зональном и внутризональном уровне. При переходе от лесной к степной природной зоне происходит последовательное снижение доли древесной растительности, присутствующей на залежах, и увеличение коэффициентов спектральной яркости SWIR-диапазона. Наиболее высокие современные (2018) величины покрытия залежей древесной растительностью и значения вегетационного индекса в пределах изученной части ЕТР установлены на юге лесной зоны – в подзоне широколиственно-сосновых лесов. От нее на юг до подзоны дерновинно-злаковых степей наблюдается снижение абсолютных среднемноголетних значений NDVI, усредненных за вегетационные периоды изученных лет, и снижение доли древесной растительности, присутствующей на залежах. Современные значения вегетационного индекса выше его среднемноголетних величин периода 2000-2018 гг. для большинства изученных подзон. Для залежей южной части лесной зоны и подзоны северной лесостепи установлена положительная, статистически значимая динамика вегетационного индекса. Для залежей южной части лесостепи и степной зоны она отсутствует. Учитывая тесную связь NDVI и величины покрытия залежей древесной растительностью, выявленные особенности в динамике вегетационного индекса характеризуют различия в особенностях формирования древесных сообществ на залежах разных природных зон ЕТР. Для семи ключевых участков, расположенных на возвышенностях Восточно-Европейской равнины (Тихвинская гряда, Валдайская возвышенность, Смоленско-Московская возвышенность, северная и южная часть Среднерусской возвышенности, Калачская возвышенность и Донская гряда), созданы актуальные карты земельных угодий. Картографирование выполнено на основе дешифрирования космических снимков, снятых в 2020 году спутниками Sentinel-2A/B. При дешифрировании выделялись семь классов угодий: пашня, «травостои» (пастбища, сенокосы, залежи), сады, леса (включая лесополосы), болота, водоемы (реки, пруды, озера), застроенные территории (жилая застройка, производственная застройка, транспортная инфраструктура). На основе созданных картографических слоев земельных угодий был рассчитаны набор ландшафтные метрик, характеризующих форму, границы и размер ареалов угодий. Метрики рассчитывались на трех иерархических уровнях – на уровне целых ключевых участков, на уровне отдельных классов угодий внутри участка и на уровне отдельных фрагментов. Все совокупность ландшафтных метрик аккумулирована внутри базы данных. Накопленная в ней информация является базовой для планирования целого ряда потенциальных трансзональных ландшафтных исследований. Структура базы данных позволяет дополнять ее в будущем информацией, собранной на новых ключевых участках. Дешифрирование почвенно-деградационных процессов в репрезентативном бассейне по ортофотоплану и космическим снимкам высокого разрешения позволило детектировать пояса струйчатой эрозии в пределах пашни как критической зоны трансформации поверхностного стока в наиболее опасную ее форму. На пашне в поясе струйчатой эрозии дешифрирована вся визуально определяемая система линейных струйчатых форм как древнего происхождения (ложбины стока, делли), так и современная (эрозионные борозды, промоины и пр.). В качестве основных количественных показателей сети промоин на пашне по материалам дешифрирования являются площадь суммарная длина промоин (км), количество вершин струйчатых размывов, их густота (м/км.кв) и плотность (ед/км.кв). Показатель плотности определялся как количество вершин (единиц) промоин на площадь конкретного поля. Электронная карта густоты струйчатых размывов на пахотных землях бассейна позволила определить верхнюю границу пояса струйчатой эрозии от эрозионно слабо активных поясов (дождевой деструкции почв и микроручейковой). Экспедиционные исследования в ареале распространения серых лесных почв (Орловская, Курская область) позволили сформировать массив почвенно-хронологических данных о воспроизводстве почв в условиях залежей при их зарастании лесом (26 объектов). В итоге удалось выявить отличия в динамических показателях роста постагрогенного гумусового горизонта почв в лесных условиях от аналогичного процесса – в ареале чернозёмных почв. Различия выявлены путём построения и анализа математических моделей-хронофункций данного процесса с использованием уравнения Гомперца. В лесных условиях зоны широколиственных лесов ЕТР скорость формирования регенерационного гумусового горизонта на залежах выше, чем в травянистых экосистемах лесостепной и степной зоны. Усреднённая по 5-летним интервалам расчётная скорость роста постагрогенного гумусового горизонта серых лесных почв за период существования залежей 0-100 лет составила 1,36 мм/год, чернозёмов – 1,22 мм/год. Однако по накоплению гумуса залежные лесные почвы больше чем в 7 раз уступают постагрогенным чернозёмам. Более того, содержание органического вещества может снижаться по сравнению с исходным уровнем (до забрасывания). По другим показателям плодородия почвы лесных залежей характеризуются довольно интенсивным восстановлением, особенно по содержанию подвижного калия, подвижного гумуса, подвижного фосфора, незначительно уступая чернозёмам. Кроме того, в постагрогенных чернозёмах отмечено некоторое подкисление почвенного раствора, а в серых постагрогенных почвах – наоборот, нейтрализация, что объясняется также ростом количества поглощённых оснований. Эти данные можно использовать для мониторинга процессов естественного воспроизводства почв на залежах. Используя выборку педохронологических данных из 130 объектов по результатам изучения почв Равнинного Крыма, разработаны хронофункции изменения мощности гумусового горизонта во времени (от 10 до 4500 лет) двух типов. Подбор модели для адекватной аппроксимации эмпирических данных показал, что экспоненциальный вид модели (Иенни) лучше описывает массив данных без этапа первичного почвообразования, чем модель Гомперца. Хотя в среднем за время педогенеза до 4500 лет скорости формирования гумусового горизонта почв по моделям практически одинаковые (1 см в 100 лет), модель Гомперца позволяет определить наличие зоны формирования максимальных скоростей педогенеза в интервале 1500-2000 лет. Хронофункция изменения мощности гумусового горизонта во времени позволяет использовать педохронологический метод датирования, основанный на расчёте возраста почв по степени развития ее морфологического строения, для решения задач генетического и археологического почвоведения и реставрационной экологии. Разработана методика изучения разновременных залежей вблизи античных поселений земледельцев, используя серии карт и данных дистанционного зондирования, включая ортофотоплан с коптера, для воссоздания истории земледелия, а также комплекса аналитических методов для установления дифференциации почвенных показателей в гумусовом горизонте. В древнеземледельческих районах у недавно распаханных залежей выявлен феномен гетерогенных горизонтов, которые включают как рецентные свойства за время ренатурации верхней части гумусово-аккумулятивного горизонта в современной биоклиматической обстановке, так и реликтовые признаки агропедогенеза, приобретённые в результате многовековой хозяйственной деятельности. Обоснование по результатам кластерного анализа классификационных групп почв позволило составить ранжированный перечень агрохимических показателей (от наиболее отличающихся от характеристик целинного аналога к менее значимым): гумус – валовый азот – K2O – азот гидролизуемый – ёмкость катионного обмена – P2O5. В результате агрогеннных нагрузок сохраняется в качестве устойчивого признака во всех залежных почвах увеличение содержания меди и мышьяка. В рамках направления исследования речных бассейнов Крыма были обобщены данные о почвенно-деградационных процессах в равнинной и предгорной частях полуострова (ветровой и водной эрозии, закарстованности, засолению и осолонцеванию), создана база геоданных потенциально экологически опасных объектов (промышленные и животноводческие предприятия, места добычи полезных ископаемых, полигоны захоронения отходов, скотомогильники), проанализирована структура землепользования в водоохранных зонах рек. По полученным данным проведена комплексная оценка экологического состояния и развития деградационных процессов в агроландшафтах бассейнов и выполнена их типизация по эколого-ресурсному состоянию. Это позволило по соотношению геоморфологических, почвенных, климатических и экологических условий выделить 6 групп бассейнов (2 в горной части и 4 в земледельческой зоне) с общей спецификой деградационных процессов и степенью антропогенной трансформации ландшафтов. Это послужит основой для разработки адаптированных проектов почвоводоохранного обустройства с учетом выделенных типов речных бассейнов Крыма на следующем этапе выполнения Проекта.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Составлены карты пространственных трендов изменений пахотных почв ЕТР в условиях изменений климата и различиях в землепользовании на период до 2050 года. Выявлены территории с рисками активизации эродированности пахотных почв (от водной и ветровой эрозии), процессов переуплотнения, засоленности, переувлажненности, дегумификации с учетом трендов изменения набора возделываемых культур. Разработаны региональные рекомендации в виде геоинформационных карт с атрибутивной информацией по корректировке состава культур и использования почвозащитных агротехнологий с целью смягчения последствий ожидаемых изменений почв для сельского хозяйства и предотвращения деградации пахотных почв. Для сельскохозяйственных земель ЦЧР обоснованы сценарии возвратной и невозвратной консервации, при их изъятии из использования вследствие деградации почв и/или потери рентабельности. Первый сценарий возвратной консервации предполагает режим природного воспроизводства плодородия постагрогенных чернозёмов, с неограниченным сроком конверсии в обрабатываемые земли, но более целесообразной после 30 лет восстановления, максимально использующего регенерационный потенциал. Второй сценарий реализуется на участках с зарастанием лесной растительностью: не позднее чем через 15 лет после выведения из использования необходимо принять решение о переводе земель в гослесфонд, либо о возвратной конверсии в агроугодья. При этом восстановление лесных экосистем целесообразно продолжать на серых лесных почвах, либо на сильно деградированных чернозёмах (невозвратная консервация). Для всех земель, не востребованных ныне с экономической точки зрения, следует ввести статус «земель экологической компенсации» с региональным статусом охраны и сформировать резервный фонд, который в перспективе целесообразно использовать (после природной реабилитации) для экологически сбалансированного землепользования или для расширения сети ООПТ. Разработана система мониторинга естественного воспроизводства (постагрогенного развития) почв в агроландшафтах основной земледельческой зоны ЕТР, включающая региональные характеристики и нормативы, а также организацию мониторинга во времени. Эта система может быть использована в оценке функционирования почвенного блока карбоновых ферм и иных климатических проектов, связанных с регенеративным земледелием и почвенной секвестрацией атмосферного углерода. Разработаны модели, описывающие изменения в растительном покрове залежных земель на основе автоматизированного анализа их спектральной яркости, дополненного параметрами динамики спектрально-отражательных характеристик. Величина tau Манна-Кендалла и угловой коэффициент линейного тренда NDVI, рассчитанные на основе рядов 2000-2018 гг., находятся в прямой зависимости от среднегодовой величины прироста лесистости на залежах. Геоинформационный анализ изменений в растительном покрове залежей, связанных с процессами лесовозобновления, позволил выявить зональные и внутризональные различия в скорости лесовозобновления. Пространственные закономерности, аналогичные территориальному изменению среднегодового прироста лесистости на залежах, отражает и пространственное изменение углового коэффициента линейного тренда NDVI. Наиболее существенные изменения в скорости лесовозобновления наблюдаются при переходе от южной границы лесной зоны до южной границы зоны лесостепи. Для территориального уровня – возвышенности Восточной-Европейской равнины получены оценки изменения структуры земельных угодий на основе их ландшафтных метрик. Для корректного описания тенденций изменения ландшафтных метрик вдоль субмеридионального трансекта была выполнена оценка информативности метрик для водоемов, болот, лесов, травостоев, садов, пашни и застройки. На уровне всей территории пространственная структура ключевых участков различается слабо, однако по соотношению площадей угодий различия значимы. Пространственная автокорреляции показывает, как связаны значения ландшафтных метрик соседних угодий на ключевых участках. В большинстве случаев они имеют групповое пространственное распределение. Более склонны к группированию высоких значений метрики площади и периметра, в меньшей степени - метрика площади ядер, и менее всего - метрики формы. Тенденция к группированию высоких значений для всех метрик нарастает с севера на юг. Результаты анализа местоположения поясов струйчатой (промоинной) эрозии и пространственного распределения величины рельефной функции позволили обосновать границы технологической группы земель с высокой почвозащитной эффективностью агроценозов (на примере тестового бассейна). Средствами геоинформационного картографирования, в том числе с использованием искусственного интеллекта (нейронной сети), была оценена пространственно-временная динамика развития струйчатой эрозии на пашне за два временных периода (1965 и 2020 г.). Методика автоматизированного детектирования струйчатой эрозии по ДДЗЗ с использованием нейронной сети показала свою эффективность: точность сегментации форм линейной эрозии на независимом наборе данных составила 81.5%. Полученные результаты свидетельствуют о росте густоты и плотности струйчатых размывов, усложнения их планового рисунка, что свидетельствует об увеличении интенсивности смыва пахотных почв в поясе струйчатой эрозии и сокращении ширины и площади поясов ослабленной эрозии. На основе результатов анализа конфигурации поясов струйчатой эрозии и цифровой модели рельефа на пашне с использованием контурно-ландшафтного подхода были выделены три технологические группы земель с различным уровнем эрозионной деградации почвенного покрова и рекомендованными почвозащитными мероприятиями. Получено свидетельство об официальной регистрации базы данных «Эколого-ресурсное состояния речных бассейнов Крыма» (RU 2022621436), в которой обобщены результаты по оценке природного, экологического и хозяйственного состояния речных бассейнов. В ней систематизированы пространственные данные векторного и растрового форматов, включающие 40 тематических слоев со сведениями о бассейновой структуре полуострова, речной сети, морфометрических характеристиках рельефа, почвенных условиях, в том числе лимитирующих земледелие, структуре угодий, объектах, нарушающих экологическое состояние бассейнов, в том числе водоохранных зон. Создана основа для использования анализа эколого-ресурсного состояния речных бассейнов при подборе наиболее оптимального варианта ресурсосберегающих технологий природопользования на водосборах. Слои информационной базы геоэкологического состояния бассейнов размещены как интерактивный картографический ресурс (http://maps.bsu.edu.ru/Crimea_basins/). Разработан алгоритм проектирования эколого-реабилитационной структуры землепользования для условий Крыма. Но его основе были выполнены тиражируемые проекты бассейнового природопользования для ключевых бассейнов равнинного и предгорного Крыма, предлагающие комплексную организацию агроландшафтов с целью предотвращения развития почвенно-деградационных процессов и поддержания стабильного гидрологического режима. Полученные результаты перспективны для масштабирования на все сельскохозяйственные земли Крымского полуострова для их эколого-реабилитационной реорганизации с учетом бассейнового подхода и установленного в территориальном отношении многообразия проявлений почвенно-деградационных процессов. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: https://bsuedu.ru/bsu/news/news.php?ID=745987&IBLOCK_ID=176 https://bsuedu.ru/bsu/news/news.php?ID=766078&IBLOCK_ID=176 http://frc.bsu.edu.ru/frc/detail.php?ID=777727&IBLOCK_ID=578