Почвоведение №12, 2019
Генезис и география почв
Жангуров Е. В., Старцев В. В., Дубровский Ю. А., Дегтева С. В., Дымов А. А.
Морфолого-генетические особенности почв горных лиственничных лесов и редколесий Приполярного Урала// Почвоведение. 2019. № 12. С. 1415-1429. doi: 10.1134/S0032180X19120141
На основе профильно-генетического подхода проведена диагностика и определено классификационное положение ранее малоизученных почв лиственничных лесов и редколесий Приполярного Урала (Республика Коми), сформированных в различных ландшафтно-геоморфологических условиях. Дана морфологическая, физико-химическая и химическая характеристика исследуемых профилей почв. Выявлено, что основной фон почвенного покрова под лиственничниками с черничнозеленомошным покровом составляют светлоземы иллювиально-железистые и подзолы иллювиально-железистые. Обе почвы по WRB-2015 являются Albic Podzol (Skeletic). Показано, что в условиях приречных скальных выходов карбонатных пород сформированы серогумусовые почвы (Calcaric Leptosol (Skeletic)) и подзолы иллювиально-железистые, которые занимают незначительные площади и могут быть отнесены к категории редких на данной территории почв. На верхней границе леса формируются литоземы (Lithic Leptosols (Skeletic)) и подбуры (Entic Podzol (Skeletic)), которые наиболее широко распространены в горно-тундровых ландшафтах. Установлено, что поверхностное, преимущественно напочвенное поступление растительного опада, медленная его минерализация обусловливают грубогумусность и торфянистость верхних горизонтов с широким молекулярным отношением C : N.
Ключевые слова: диагностические горизонты, лиственница сибирская, почвообразующие породы,
классификация почв
Хитров Н. Б., Убугунов В. Л., Убугунова В. И., Рупышев Ю. А., Аюшина Т. А., Жамбалова А. Д., Цыремпилов Э. Г., Парамонова А. Е., Насатуева Ц. Н. Морфологическое строение почв в ближайшей зоне влияния Кучигерских гидротерм (Баргузинская котловина) // Почвоведение.2019. № 12. С. 1430-1453. doi: 10.1134/S0032180X19120074
Представлены первичные сведения о специфичной морфологии и физико-химических свойствах почв, формирующихся в зоне активной разгрузки восходящих растворов глубинных термальных вод Кучигерского источника фтористого сероводородного гидрокарбонатно-сульфатно-натриевого типа. Объектом исследования является почвенный покров вдоль трансекты, пересекающей болотный массив с активными газогидротермальными грифонами, остров среди болота и прилегающий край аллювиальной равнины в северо-западной части Баргузинской котловины возле д. Кучигер Курумканского района республики Бурятия. Отмечены особенности торфянисто-перегнойноглеевых почв (Eutric Rheic Sapric Histosol (Fluvic, Sodic)) в болотном массиве. Отмечаются яркие признаки турбированности профиля слаборазвитых и аллювиальных почв (Eutric Sodic Gleyic Fluvisol (Epiloamic, Endoarenic, Humic)) и грунтов под воздействием восходящих газогидротермальных флюидов, пропитки (импрегнирования) конденсированным органическим веществом разных минеральных и органогенных горизонтов. Такие признаки не описаны в международной и российской почвенных классификациях. Предложено ввести специальные обозначения для таких признаков: imp – признак разной степени импрегнирования; int – интрузивный материал; IMP – черный органо-импрегнированный песчано-пылеватый горизонт. На их основе появляется возможность выделить импрегнированные, газогидротермально турбированные подтипы. Предложены гипотезы генезиса почв на всей трансекте и возникновения островов в болоте.
Ключевые слова: Байкальская рифтовая зона, газо-гидротермальные флюиды, морфология почв, импрегнирование органическим веществом, классификация почв, сероводород, пирит, засоление почв
Богданова М. Д., Герасимова М. И. Почвенные карты в новом Экологическом атласе России //Почвоведение. 2019. № 12. С. 1454-1470. doi: 10.1134/S0032180X19120025
Представлена серия карт во втором издании Экологического атласа 2017 г., составленных на основании почвенной и других тематических карт, характеризующих разные аспекты экологической обстановки и условий ее формирования в России. По методике составления карты являются фактологическими и интерпретационными. Содержание первых сформировано по конкретным картографическим и аналитическим материалам, вторых – путем целенаправленной интерпретации информации, снятой с тематических карт, в первую очередь с почвенной. Информация касается строения почвенных профилей и свойств почв – единиц легенды базовой почвенной карты, также включенной в атлас. Опыт составления серии карт атласа позволил ввести ряд новых элементов в методологию создания интерпретационных карт, разрабатываемую почвенно-ландшафтно-геохимической школой М.А. Глазовской. К оригинальным относятся карты: “Экологические функции почв”, “Красная книга почв”, “Почвенные и ландшафтно-геохимические процессы”. По сравнению с фундаментальным Национальным атласом почв России, набор и содержание карт почвенной тематики в Экологическом атласе определяются его ориентированностью на экологические проблемы; кроме того, они отличаются менее мелким масштабом.
Ключевые слова: методология картографирования, интерпретационные карты, почвенная информация, функции почв
Голубцов В. А., Черкашина А. А., Хохлова О. С. Карбонатный профиль почв Байкальского региона: строение, возраст и условия формирования // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1471-1491.doi: 10.1134/S0032180X19120050
Представлены результаты исследования карбонатных профилей почв Прибайкалья и Селенгинского среднегорья. Отмечается сходство в их строении – характерны многочисленные внутрипрофильные максимумы СаСО3, что связано с неоднократным перераспределением карбонатов в ходе разновременных этапов почвообразования. Карбонатный профиль почв Байкальского региона – относительно древнее (наиболее молодые новообразования датируются средним голоценом) и довольно консервативное образование, не испытывающее каких-либо заметных перестроек при современных климатических условиях. Аккумуляции вторичных карбонатов локализуются в аккумулятивно-карбонатных горизонтах современных и погребенных почв каргинского (MIS-3) времени и голоцена. Исключение составляют гипокутаны, часто обнаруживаемые и за пределами указанных горизонтов, что связано с более активным перераспределением карбонатов в пределах корневой системы растительности. Твердофазный эффект карбонатизации (карбонатные новообразования) наблюдается на исследуемой территории преимущественно в почвах, формирующихся на карбонатных почвообразующих породах и продуктах их переотложения, и не зависит от типа почв и характера произрастающей растительности. На основании анализа состава стабильных изотопов углерода и кислорода аккумуляций вторичных карбонатов выявлено, что в почвах Прибайкалья осаждение карбонатов происходило при дегазации почвенных растворов в ходе процессов периодического промерзания–протаивания, динамического повышения и снижения биологической активности почв, чередования фаз увлажнения почвы талыми и дождевыми водами и ее последующего промерзания, которые могут наблюдаться в регионе в весеннее и осеннее время. В этих условиях основное влияние на изотопный состав углерода оказывал атмосферный СО2, изотопный состав кислорода карбонатов контролировался фракционированием изотопов при промерзании почвенных растворов. Карбонатные новообразования почв Селенгинского среднегорья формировались при иссушении почвы в результате расхода влаги растениями на транспирацию, которая наиболее выражена здесь в первой половине лета.
Ключевые слова: аккумуляции вторичных карбонатов, состав стабильных изотопов, 14C-AMS-датирование, морфология
Химия почв
Водяницкий Ю. Н., Гребенкин Н. А., Манахов Д. В., Тюленева В. М. Сильные положительные аномалии урана в торфяниках гумидной зоны (обзор) // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1492-1501.doi: 10.1134/S0032180X1912013X
В последние годы геологи обнаружили обогащенные ураном торфяники, которые являются примером эффективной работы природных органогенных геохимических барьеров в гумидной зоне. Отложение урана в торфах идет за счет биоредукции U(VI), который контролируется геохимическими факторами: составом органического вещества и почвенного раствора, редокс-потенциалом среды, способностью иона уранила к комплексообразованию с лигандами. По характеру обогащения ураном торфы можно разделить на две группы: торфяники, обогащенные ураном, привнесенным почвенно-грунтовыми водами, и торфяники, обогащенные ураном из подстилающих, обогащенных ураном, пород. В обзоре собрана и проанализирована информация о географии, генезисе и физико-химических условиях формирования положительных аномалий урана в торфяниках гумидной зоны.
Ключевые слова: биогеохимия урана, редукция урана, изотопы урана и тория, возраст торфов
R.R. Ratnayake*, T. Roshanthan, N.Gnanavelrajah, S. B. Karunaratne Organic carbon fractions, aggregate stability and available nutrients in soil and their interrelationships in tropical cropping systems: A Case Study // Eurasian Soil Science. 2019. № 12. doi: опубликована только в английской версии
Tropical agricultural soils have been claimed as a source of carbon. As agricultural systems in the tropics are highly diverse, it is useful to study soil organic C (SOC) of different agricultural systems. We quantified the SOC fractions, available nutrients, and aggregate stability in eight different tropical agricultural systems, including annual crops under different management scenarios, such as organic, inorganic, and combined fertilizer applications. Annual crops treated with organic fertilizer only (A–OF), inorganic fertilizer only (A–IF), both organic and inorganic fertilizers (A–O/IF), perennial crops (PC), home gardens (HG), and abandoned home gardens (AHG) in Eutrustox soils and annual crops with organic fertilizer only (A–OFS) and uncultivated land on Quartzipsamments soil (USR) were studied. The links between SOC fractions, available nutrients, and aggregate stability in these soils were analyzed. Regression models were fitted for SOC fractions and available nutrients. Our results indicated that the different land use types exhibited significant variations in organic carbon fractions, aggregate stability, and available nutrients in soils. The available macro and micronutrients, except for nitrogen, showed a significant positive correlation with either total organic C (TOC) or carbon fractions indicating the synergy between them. The differences in soil C stocks clearly reflected the differences in litter fall and soil disturbance, as indicated by the highest C stocks in AHG. The dry weight of collected litter showed that AHG accumulated the highest litter content (97.38 g/m2) compared to the lowest (37.63 g/m2) in A–I/F. Organic matter addition to soil also increased the C stocks, even in annual crops. Aggregate stability showed a positive correlation with C fractions. The regression models developed in this study can be used to predict available nutrients by measuring TOC or C fractions in similar land use types in the tropics. This study confirmed that tropical agricultural systems that include annual crops have potential for storing and maintaining C in soils, if appropriately managed. The beneficial influence of SOC on available nutrients and aggregate stability could be a driving force to increase carbon stock in tropical agricultural systems
Keywords: soil C fractions, annual crops, perennial crops, home gardens, organic fertiliser
Физика почв
S. Amanabadi, M. Vazirinia, H. Vereecken, K. Asefpour Vakilian, M.H. Mohammadi Comparative study of statistical, numerical and machine learning-based pedo-transfer functions of water retention curve with particle size distribution data // Eurasian Soil Science. 2019. № 12. doi: опубликована только в английской версии
The water retention curve (WRC) describes the nonlinear relation of soil water content (SWC) and matric potential. Since direct measurement of SWC and matric potential is difficult and time consuming, indirect approaches including statistical, numerical, and pattern recognition-based pedo-transfer functions (PTFs) that relate basic soil properties to the WRC have been developed during the last few decades. Although several studies reporting the performance of these models can be found in literature, it seems that an extensive investigation which compares the available models and introduces a reliable method to soil hydrologists can be useful. Therefore, in this study, the performance of multiple linear regressions (MLR) models, scaled numerical models and machine learning methods including artificial neural networks (ANN) and adaptive neuro-fuzzy inference systems (ANFIS) are compared using 98 UNSODA codes with various soil textures to estimate WRC. Results showed that regardless of the soil texture, ANN (RMSE = 0.029) predicts the WRC more accurately than ANFIS (RMSE = 0.035), scaled model (RMSE = 0.060) and MLR (RMSE = 0.071), respectively. Considering the soil texture, ANFIS performance is the best in the moderate and fine textured soils, while scaled numerical model predicts with acceptable performance in sandy soils. WRC prediction using easily available soil characteristics particularly when there is a lack of data, shows that newly developed machine learning methods are capable of predicting WRC considerably accurate for sustainable water flow and solute transport management.
Keywords: Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, artificial neural networks, multiple linear regression, soil water content
Mahdavi M., Neyshabouri M. R., Fujimaki H. A sphericalsteady-statemethod to measuresoil thermal conductivity // Eurasian Soil Science. 2019. № 12. doi: опубликована только в английской версии
The reliable prediction of coupled heat and moisture transfer in three-phase soils involves authentic estimation of soil thermal conductivity. In the current work, a steady-state method was developed to measure soil thermal conductivity. Soil samples for two soils were packed in a plastic of 6.6 cm inner diameter and 3 mm thickness. A 130 resistor as a heat generator being connected to 5 V electricity source was located in the center of the ball. Three thermocouples were installed at the distances of 0.5, 1.5, and 2.5 cm from the center, respectively. After unpacking the ball, thermal conductivity was measured using the single probe method. The thermal conductivity values measured by both methods were almost the same in air dry soils; overall, the observed differences between the two methods were less than 3%. However, in the intermediate moisture content ranges, the values measured by the steady-state method were slightly lower than those obtained by the single probe method. Considering the effect of convective vapor flux due to thermal expansion of soil air in the single probe method, values measured with the new steady-state method may be more reliable.
Keywords: convective flow, vapour flux, steady-state method, single probe method
C. Kurtulus, T. Yeken, D. Durdag Monitoring soil water content using electrical conductivity, oven method and speedy moisture tester // Eurasian Soil Science. 2019. № 12. doi: опубликована только в английской версии
Soil samples were taken in order to investigate the spatial soil water content changes at 40 points in a field of 675 m2 located on the old Istanbul-Izmit road in Kocaeli-Turkey. The water content values of soil samples collected were obtained using oven and Speedy Moisture Tester (SMT) in the laboratory to correlate with measured electrical conductivity of soil by electrical resistivity method with a 2-electrode system. The results showed a reasonably good correlation between electrical conductivity and water content. The determination coefficient between the water content and the electrical conductivity found by the oven method (R2 ≈ 0.8) was higher than that of the SMT (R2 ≈ 0.6). The correlation between the water content values of oven and SMT is quite affordable with the determination coefficient (R2 ≈ 0.7). Considering the results obtained from Oven and SMT method, it can be concluded that the resistivity method is also successful in measuring soil water content. It is foreseen that resistivity method can be preferred both because it is easy to use, and large areas are faster and economical in measuring soil water content.
Keywords: electrical conductivity, Luvisol, oven method, regression, Speedy Moisture Tester, water content
Биология почв
J. Frouz*, Q. Lin, X. Lib, E. Abakumov, A. Brune, V. Šustr Utilization of dietary protein in the litter-dwelling larva of Bibiomarci (Diptera: Bibionidae) // Eurasian Soil Science. 2019. № 12. doi: опубликована только в английской версии
As plant litter is typically N limited, protein digestion and amino acid assimilation are key processes in saprophagous invertebrates. The recalcitrance of dietary protein may be increased by their binding to phenolic compounds in humic substances. Binding phenolic compound to protein may be also important in humus acid formation and stabilization of nitrogen bounded protein in soil organic matter. Consequently, better understanding of interaction of protein and phenolic compounds in invertebrate gut is important not only from ecophysiology perspective but also in terms of soil organic matter dynamics. In this study, we evaluated the digestive efficiency of proteins during gut passage in the litter-dwelling larva of Bibio marci. Anterior part of the midgut is highly alkaline, which agrees with the protease pH optimum. We found large differences in protease activities of the leaf litter, gut, and excrements. However, individual gut compartments were close to one another in their protease activities. The same was true for the contents of amino acids and ammonia. Also, amino acid composition differed between compartments. Litter had the high content of glutamine and serine, whereas hindgut and excrement were characterized by the high content of methionine, and the remaining gut segments had the high content of valine. Experiment with 14C-labelled protein demonstrated that gut passage improved the digestive efficiency of proteins, especially for a humic acid stabilized protein.
Keywords: soil, Diptera, protein phenol interactions, litter, decomposition
Деградация, восстановление и охрана почв
Мальцев К. А., Ермолаев О. П. Потенциальные эрозионные потери почвы на пахотных землях европейской части России // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1502-1512. doi:10.1134/S0032180X19120104
Проведена количественная оценка потенциального смыва почв на пахотных землях европейской части России (площадь около 4 млн км2). Уровень генерализации работ – региональный и соответствует масштабу 1 : 500000. В качестве метода исследований используется математическое моделирование, основанное на применении модифицированного в научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ им. М.В. Ломоносова уравнения по расчету потенциальных потерь почвы от эрозии. Другим ведущим методом по оценке эрозии почв и представления результатов является геоинформационный. В расчетах использована растровая модель представления данных, включающая модель углов наклона, длины склонов, смываемости почв, эрозионного потенциала осадков, запасов воды в снеге, внутригодового перераспределения дождевых осадков и типов землепользования. Получены новые данные о величине эрозионных потерь почвы за периоды талого, ливневого стока и суммарные годовые потери. Составлена электронная карта эрозионных потерь почвы на пахотных землях европейской части России, позволяющая определить пространственные особенности темпов эрозии почв. Эрозионные потери почвы в среднем для территории исследования составляют 11 т/га в год в условиях пара и 3 т/га в год – с учетом почвозащитных коэффициентов агрокультурной растительности. Около половины территории расположено в условиях, при которых величина смыва не превышает 0.5 т/га в год, а на остальной площади доминирует смыв от 10 до 15 т/га в год. Темпы потенциальной эрозии почв на пахотных землях европейской части России закономерно уменьшаются в направлении от таежно-лесной к степной ландшафтной зоне. Четко выделяется полоса максимального потенциального смыва почв западно-восточного субширотного простирания, приуроченная к подзоне смешанных и широколиственных лесов с очень высокой распаханностью. Кроме того, определены потенциальные эрозионные потери почвы в 50 субъектах Российской Федерации, расположенных на территории исследования как для условий чистого пара, так и с учетом агроценозов.
Ключевые слова: водная эрозия почв, картографирование, геоинформационные системы, эрозионный потенциал осадков
Габбасова И. М., Гарипов Т. Т., Комиссаров М. А., Сулейманов Р. Р., Суюндуков Я. Т., ХасановаР. Ф., Сидорова Л. В., Комиссаров А. В., Сулейманов А. Р., Назырова Ф. И. Влияние пожаров насвойства степных почв Зауралья // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1513-1523. doi:10.1134/S0032180X19120049
Исследовано влияние пожаров различной давности (1 нед., 1.5 и 2 мес., 1 и 2 года) на свойства чернозема текстурно-карбонатного в Зауральской степной зоне (Россия, Республика Башкортостан, Челябинская область). Образцы почв отбирали послойно 0–5, 5–10 и 10–20 см летом 2018 г. После пожаров содержание углерода увеличилось в слое 0–5 см на 8.7–12.0% относительно исходного, а питательных элементов (азота, фосфора и калия) резко возросло и оставалось на этом уровне в течение двух лет. Значения рН в гумусово-аккумулятивном горизонте стали больше фоновых на 1.5 ед. Выявлена корреляция между рН и содержанием обменных кальция (r = 0.57), калия (r = 0.58) и натрия (r = 0.65) при p < 0.001 и тенденция к повышению содержания обменного натрия. Почва фоновых участков содержала в среднем 0.11 ± 0.01% сухого остатка, на горелых его количество возросло до 0.17 ± 0.02%, местами до 0.56%, суммарный эффект токсичных ионов – до 0.50 смоль(экв) Cl–, что свидетельствует о риске развития засоления; при этом состав анионов остался сульфатно-гидрокарбонатным. Через неделю после пожара активность дегидрогеназы, уреазы и протеазы была ниже на 8–11, инвертазы – на 18%. Через 1.5 мес. активность дегидрогеназы, инвертазы и протеазы превысила фоновые уровни, а уреазы – через год. Кислотность почвы приблизилась к до пожарному уровню через 2 года. В целом пожары являются важным экологическим фактором современного почвообразования в степных экосистемах, имеющим как отрицательные, так и положительные последствия.
Ключевые слова: степные пожары, чернозем текстурно-карбонатный (Haplic Chernozems (Loamic, Tonguic)), физико-химические свойства, засоление почв, ферментативная активность
Касимов Н. С., Безбердая Л. А., Власов Д. В., Лычагин М. Ю. Металлы, металлоиды ибенз(а)пирен в микрочастицах почв и дорожной пыли Алушты // Почвоведение. 2019. № 12. С.1524-1538. doi: 10.1134/S0032180X19120062
Впервые установлен химический состав частиц физической глины – PM10 (диаметром менее 10 мкм)городских почв функциональных зон и дорожной пыли на разных типах дорог г. Алушты. Преимущественно под воздействием автотранспорта в почвах и дорожной пыли накапливаются Zn, Sb, Pb, Cu, Cd и бенз(а)пирен. Дана оценка пространственного распределения загрязнения фракции PM10 почв и пыли тяжелыми металлами и бенз(а)пиреном и степени их экологической опасности. Суммарное загрязнение почв и дорожной пыли тяжелыми металлами находится на низком, бенз(а)пирена – чрезвычайно высоком уровне, который установлен на 50% территории города. В частицах PM10 концентрация бенз(а)пирена и многих тяжелых металлов в 1.5–4 раза выше, чем их общее содержание, что определяет опасный уровень загрязнения PM10 почв почти на четверти, а PM10 дорожной пыли – на 70% территории Алушты. Наиболее загрязнены PM10 почв в транспортной и селитебно-рекреационной зонах, РМ10 дорожной пыли – на крупных дорогах. Изучена сезонная изменчивость загрязнения дорожной пыли и частиц PM10 тяжелыми металлами. Зимой уменьшается концентрация Zn, Cd, Sn, Sb и Pb, связанных с выбросами автотранспорта, но увеличивается концентрация Mo и Bi, поступающих при работе отопительных систем. Поведение остальных тяжелых металлов слабо зависит от сезона года.
Ключевые слова: частицы PM10, загрязнение почв, тяжелые металлы, Urbic Technosols
B. Miloš, A. Bensa Background variation and threshold values for cadmium concentration in terra rossa soil from Dalmatia, Croati // Eurasian Soil Science. 2019. № 12. doi: опубликована только в английской версии
The objectives of this study were to (i) establish the background variation and determine a threshold values for aqua regia soluble cadmium (Cd) in Terra Rossa soil at the local scale (Dalmatia, Croatia), (ii) check for possible soil Cd enrichment comparing its concentration at two different depths, and (iii) compare the threshold values for Cd calculated applying different statistical techniques with soil guideline values (SGV) as defined in Croatia and ±other national systems in Europe. The four statistical methods (the mean ± 2 standard deviations [mean ± 2SD], the median ± 2 median absolute deviations [median ± 2MAD], the (upper) Tukey inner fence (TIF), and the percentile-based approach) were used to establish the threshold values for Cd and identify samples with high Cd concentrations deviating from the background variation in a studied dataset. Overall, 74 samples from the A horizon of Terra Rossa soil were analyzed for aqua regia soluble Cd concentration (CdA); major soil properties—pH, CaCO3, soil organic carbon (SOC) content, P2O5, K2O, and particle-size distribution—were also determined in these samples. The underlying cambic B horizon was analyzed only for Cd concentration (CdB) The median CdA and CdB values of 1.84 and 1.70 mg kg-1, respectively as well as the maximum value of 8.53 mg kg-1 in the A horizon and 7.56 mg kg-1 in the B horizon obtained in this study attested to anomalously high Cd concentrations. The median CdA/CdB ratio was close to unity (1.07) indicating very low Cd enrichment in the A horizon. The [median ± 2MAD] method achieved the lowest threshold Cd value of 4.68 mg kg-1 and, consequently, a maximum number of outliers; it was followed by the classical [mean ± 2SD] method (5.01 mg kg-1), the Q95th percentile (5.29 mg kg-1), the Q98th percentile (5.64 mg kg-1), and the TIF method with the highest threshold value of 6.93 mg kg-1. All specified threshold values for Cd concentration repeatedly exceeded the maximum admissible concentrations (MACv) for agricultural land as defined in soil guideline values developed in Croatia and in several countries of the European Union. These findings indicate that more attention should be paid to the unusually high Cd concentrations in Terra Rossa soils originating from the natural sources; a more detailed geochemical survey of these soils should be performed in the future.
Keywords: background concentration, local threshold values, soil guideline values
