Традиционно на кафедре земледелия проводятся исследования по изучению поведения гербицидов в основных типах почв России и оценка экологического состояния и восстановления почв, загрязненных гербицидами.

 Необходимость подобных исследований диктуется тем, что возрастающий объем производства и применения средств для борьбы с сорняками вызывает вполне понятную тревогу по поводу возможных неблагоприятных последствий применения этих химических веществ на окружающую среду и человека. Эта работа осуществляются в рамках приоритетного направления «Диагностика и оценка экологического состояния почв и биоценозов в условиях различного землепользования».

Изучаются возможности применения различных веществ для снижения токсического действия остаточных количеств гербицидов в загрязненных почвах. Установлена и обоснована возможность применения с этой целью отработанных активированных углей (Н.А.Пильщикова), цеолитов (И.А.Старостина) гумата натрия и биогумуса (Л.К.Батурина), торфов (Н.А.Куликова, О.И.Филиппова).

С 1993 г. кафедра начала совместные с химическим факультетом МГУ (И.В.Перминова) исследования по изучению влияния органического вещества, главным образом гуминовых веществ, на поведение гербицидов в почве. В ходе исследований по полученным результатам были защищены три кандидатские диссертации, посвященные связывающей способности и детоксицирующим свойствам гуминовых веществ по отношению к трефлану (М.А.Анисимова), атразину (Н.А.Куликова) и ацетохлору (В.А.Холодов). Исследования токсичности гербицидов проводили на 9 почвах различных почвенно-географических зон и сельскохозяйственного использования. Полученные результаты были опубликованы в монографии «Деградация почв» (2002).

Изучение связывающей способности гуминовых веществ по отношению к указанным гербицидам было проведено для широкой выборки препаратов различного происхождения (почвы, торфа, природные воды, бурые угли). На основании полученных результатов была выявлена взаимосвязь между строением и связывающей способностью гумусовых кислот. В частности, было показано, что способность гумусовых кислот адсорбировать атразин определяется главным образом содержанием в их структуре ароматических фрагментов, что свидетельствует о преобладающей роли гидрофобных взаимодействий в связывании атразина гумусовыми кислотами. Уникальной особенностью данного блока работ являлось определение констант связывания атразина с препаратами гуминовых веществ не только в растворенном, но и в адсорбированном на каолините состоянии, что позволило выявить существенное превосходство связывающей способности адсорбционных комплексов гуминовых веществ. Установлено наличие корреляционной зависимости между связывающей способностью растворенных гумусовых кислот к атразину и содержанием в них ароматического углерода, в то время как для адсорбированных на каолините гумусовых кислот эта взаимосвязь отсутствует. Это позволило высказать предположение о разных механизмах связывания атразина растворенными и адсорбированными гумусовыми кислотами. Результаты исследований обобщены в монографии «Humic substances and chemical contaminants» (2001).

Исследование детоксицирующих свойств гуминовых веществ проводили в тесном сотрудничестве с кафедрой биофизики биологического факультета МГУ (Д.Н.Маторин). В ходе проведения работ был впервые предложен способ обработки данных альгологического тестирования водных сред, позволяющий учитывать мешающее влияние гумусовых кислот (Н.А.Куликова). Для количественной оценки детоксицирующего действия гуминовых веществ была разработана методика расчета эффективных констант связывания, позволяющая проводить сравнение результатов химических и токсикологических экспериментов. Показано, что, в отличие от водных сред, детоксикация атразина в почве обуславливается образованием нетоксичных комплексов в результате связывания адсорбированными гуминовыми веществами.

В настоящее время в рамках изучения поведения гербицидов в почве сотрудники кафедры (Н.А.Куликова) совместно с институтом биохимии РАН им. Баха начали развивать новое направление, посвященное исследованию возможности включения гербицидов различных классов в состав гумусовых кислот по механизму окислительного связывания при участии лакказы – почвенной внеклеточной полифенолоксидазы.
Установленные взаимосвязи между связывающими и детоксицирующими свойствами гуминовых веществ и их структурными особенностями позволили перейти к разработке нового направления исследований – поиску возможных путей направленной модификации гуминовых веществ. Высокий связывающий потенциал по отношению к загрязняющим веществам определенного класса (например, металлам) позволит увеличить эффективность гуминовых препаратов как детоксицирующих агентов при решении конкретной задачи рекультивации загрязненных сред. С целью повышения связывающей способности гуминовых веществ по отношению к тяжелым металлам предложен способ их модификации (сульфирование), в результате которой в препарате увеличивается количество металл-связывающих групп. Первые результаты, полученные в этом направлении, разрабатываемом совместно с кафедрой органической химии химического факультета (И.В.Перминовой), показали перспективность предложенного подхода (О.И.Филиппова).

Еще одно направление, развивающееся на кафедре, – исследование физиологического действия гуминовых веществ, в частности, их ауксино-подобная активность и способность снимать неспецифические стрессы у растений (Н.А.Куликова). Установлено, что стимулирующее действие гуминовых веществ как ауксинов находится в обратной зависимости от содержания в них карбоксильных групп.

С 1980 г. на кафедре ведутся исследования по теме «Использование показателя удельной поверхности в теоретических и прикладных аспектах почвоведения» (В.Г.Витязев). Исследовались количественные закономерности адсорбции паров воды в зависимости от их относительного давления. Был разработан способ определения удельной поверхности карбонатных частиц в почвах и известковых удобрений, на который получено авторское свидетельство. Предложен метод определения количественного состава в почвах минералов с подвижной кристаллической решеткой, используя известные величины внутренних удельных поверхностей чистых минералов, насыщенных наиболее часто встречаемыми в почвах катионами.

Одним из направлений исследований являлась оценка возможности использования показателя удельной поверхности почв для оценки их гранулометрического состава. Предложен способ определения гранулометрического состава карбонатных частиц по интенсивности выделения диоксида углерода во времени, а также способ повышения точности определения междренного расстояния избыточно-увлажненных почв по величине активной удельной поверхности твердой фазы. На эти способы также получены авторские свидетельства. Другое направление исследований – выявление пространственной вариабельности неоднородности удельной поверхности дерново-подзолистой почвы, что позволило обнаружить в пределах профиля 20-ти метровой траншеи определенные пространственные структуры, размеры и характер которых отличаются от друга на разных глубинах.

Новое направление в исследовании неоднородностей почвенного покрова – изучение изменчивости характера вариабельности свойств во времени под влиянием различных природных и антропогенных факторов нашло отражение в диссертационной работе Т.В.Локалиной.

Многообразие почвенных свойств в пространстве требует адекватных методов для своего описания, включая современные методы картирования и интерполяции. Применение многомерных статистических методов для исследования почвенных объектов развивается в работах Ю.Л.Мешалкиной.

В конце 20-того века было осознано, что исследование учета закономерностей распределения сорных растений в пределах сельскохозяйственного угодья представляет собой не только теоретический, но и практический интерес, поскольку позволяет экономить на применении средств защиты растений и тем самым способствовать улучшению качества окружающей среды. На кафедре земледелия исследования в этом направлении проводятся в течение многих лет. Создана база данных о динамике засоренности в пределах конкретных угодий, показана зависимость засоренности от химических и физических почвенных свойств, развивается концепция соответствия иерархических уровней организации расположения растений в пространстве и методов опробования. В исследовании используются самые современные методы, включая геостатистику, фрактальный анализ и многомерные статистические методы.

С начала 1980-х гг. И.Б.Макаровым и В.Ф.Басевичем на кафедре развивается направление, связанное с изучением экологической устойчивости почв и почвенного покрова к воздействию различных факторов природного и антропогенного характера. Основным объектом исследований являются почвы подзолистого типа разных районов и природных зон России (Республика Коми, Архангельская, Калининская, Брянская, Московская области), подвергшиеся в различное время механическому нарушению. Показано, что в результате педотурбационных процессов в почвенном покрове различных биогеоценозов возникают неоднородности разного генезиса, отличающиеся как размером, так и составом почвенного материала. Существует определенная цикличность в эволюции подзолистых почв при сохранении генетической узнаваемости почвенного профиля на каждой из стадии их развития (сукцессионные почвенные ряды), что свидетельствует об их известной устойчивости к педотурбациям. Независимо от конкретного местообитания, различной интенсивности и направленности процессов трансформации почв, выявлено их стремление к регенерации исходного профиля. В то же время показано, что идущие процессы гомогенизации и дифференциации почвенного материала нередко усугубляют исходную неоднородность почв и почвенного покрова в целом. Эти данные подкреплены наблюдениями и результатами, полученными на модельном опыте, заложенном в условиях лесного биогеоценоза и имитирующем педотурбационные процессы различной природы.

В последние годы сотрудники, аспиранты и студенты кафедры под руководством профессора П.Н.Балабко проводят исследования почв в регионах с напряженной экологической обстановкой (поймы рек Подмосковья; распаханные территории опольных ландшафтов; районы, загрязненные в результате аварии на Чернобыльской АЭС). Установлено, что среди агрогенных факторов негативного воздействия на пойменные почвы важным является многократный проход тяжелой колесной техники (20-25 операций при выращивании пропашных культур), приводящий к переуплотнению почв. Большинство пахотных горизонтов аллювиальных почв долин рек Москвы и Оки имеют повышенную плотность; они потеряли 30-40% первоначальных запасов гумуса, 25-35% общего азота, произошло обесструктуривание гумусово-аккумулятивных горизонтов. Переуплотнение наблюдается также в пахотных почвах опольных ландшафтов. Аллювиальные почвы долин рек бассейна Днепра (Ипуть, Унеча, Беседь) в наибольшей степени загрязнены ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr (Е.В.Просянников, П.Н.Балабко).

В 2002 г. под руководством П.Н.Балабко сотрудники и аспиранты кафедры совместно с сотрудниками учебно-опытного экологического центра «Чашниково» (А.М.Головков, В.Е.Лазарчик, В.М.Лазарчик, Н.Ф.Черкашина) заложили многолетний опыт по изучению влияния предшественников на урожай и качество картофеля в 4-х-польном севообороте с целью получения экологически чистой продукции.

В рамках совместного проекта с кафедрами общего почвоведения и биологии почв проводятся исследования в музее-усадьбе «Архангельское». Целью этих работ является реконструкция и сохранение усадебных парков и садов, восстановление истории развития и планировки усадьбы.