Почвоведение №1, 2024
Почвоведение №8, 2023
Химия почв
Д. Н. Гарькуша, Ю. А. Фёдоров, Н. С. Тамбиева, Е. В. Мельников Эмиссия метана рисовыми полями Ростовской области // Почвоведение. 2023. № 8. С. 889-902. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600051
Проанализированы результаты полевых измерений камерным методом потоков метана в атмосферу с рисовых полей Ростовской области (юг Европейской России). Помимо измерения потоков метана в фазы всходов и полной спелости риса, в воде и различных горизонтах обводненных почв рисового чека определены концентрация метана и сероводорода, Eh, рН, плотность и влажность. Поток метана в атмосферу с рисового чека варьировал в диапазоне от 0.195 до 0.531 мг СН4/(м2 ч) и в фазе полной спелости риса в среднем был в 2.1 раза выше, чем в фазе всходов. Скорость потока метана в атмосферу с поверхности необводненных почв, расположенных между рисовыми чеками, в среднем была в 4.9–12.1 раз ниже, чем скорость его потока с рисовых чеков, изменяясь в пределах 0.034– 0.045 мг СН4/(м2 ч). Показано, что после обводнения рисовых чеков в изолированных слоем воды почвах снижаются значения Eh и, как следствие, происходит увеличение концентраций метана в почвах и его потоков в атмосферу. Согласно проведенной оценке, суммарная эмиссия метана рисовыми полями Ростовской области ориентировочно достигает 1.253 т/сут или 150 т/год, что составляет 0.4–1.5% от годового выделения метана почвами Ростовской области. Ключевые слова: почвы рисовых чеков, парниковые газы, анаэробные газы, сероводород
Г.Н. Федотов, Е.В. Шеин, Д.А. Ушкова, О.А. Салимгареева, И.В. Горепекин, Д. И. Потапов Надмолекулярные образования из молекул гуминовых веществ и их фрактальная организация // Почвоведение. 2023. № 8. С. 903-910. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601608
При изучении водоустойчивости обнаружено, что при капиллярном контакте почв с водой в воду выделяются сферические частицы размером несколько сот нанометров. Проведенные исследования показали, что подобные частицы переходят в воду из любых содержащих гумус объектов: почв, торфов, гуминовых кислот, гуматов, фульвокислот. Элементный микроанализ подобных частиц, выделенных из дерново-подзолистой почвы, показал, что они состоят преимущественно из органического вещества. Частицы представляют собой ранее неоднократно обнаруживаемые надмолекулярные образования из специфического органического вещества почв. Известно, что гуминовые вещества почв фрактально организованы, и в воде они существуют в виде фрактальных кластеров размером несколько сот нанометров (Ф-кластеров), образованных частицами-молекулами гуминовых веществ размером около 10 нм. Это позволило предположить, что выделяемые из содержащих гумус образцов надмолекулярные образования представляют собой Ф-кластеры. Исходя из высокой устойчивости надмолекулярных образований гуминовых веществ к распаду на частицы-молекулы следует, что гуминовые вещества в почвах должны обладать фрактально-кластерной организацией.
Ключевые слова: Ф-кластеры, почвенные гели, рентгеновский микроанализ, пространственная организация гуминовых веществ
Shuyan Xiang, Li Fu, Liangliang Tang, Fei Chen, Shichao Zhao, and Chengliang Yin ''Mapping the Knowledge Domains of Research on Nanoscale Zero-Valent Iron in Remediation of Contaminated Soil: a Scientometric Study,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322602712
Nanoscale zero-valent iron (nZVI) has received increasing attention as a new technology that can provide cost-effective solutions in the remediation and treatment of contaminated soils due to its large surface area and high surface reactivity. nZVI can remove/transfer a wide range of contaminants such as heavy metals, inorganic salts and organic matter from the soil. This bibliometric analysis focused on the application of nZVI in soil remediation. A total of 1255 research papers were traced and analyzed between 1997 and 2022. The use of nZVI for soil remediation has undergone three stages of development and has received a great deal of attention in the last decade. A range of environmental science-related journals provides a stable platform for publishing and discussing papers on this topic. The contributions of different countries, institutions and authors to this topic were analyzed. A complex cooperation network between them was constructed. Keyword analysis was used to understand the different research directions on this topic. Most of these efforts have focused on the preparation and modification of nZVI. The mechanism of its use for the remediation of different pollutants has also been described in detail. Some examples of field applications have also been reported. Finally, the current status of this topic based on bibliometrics and its future perspectives are summarized.
Keywords: CiteSpace, activated carbon, biochar, dechlorination, bibliometrics
The study estimates the soil organic carbon stock under various cropping systems to assess their sequestration potential in a tropical monsoon region, namely the Chulliyar-Ikshumathi sub-watershed of Bharathapuzha in Kerala, India. The cropping systems selected are the paddy, vegetables, coconut-arecanut groves, homestead farms, and mango plantations. The standard soil analyzing procedures to collect and analyze 129 soil samples from 43 locations were followed. The carbon stock (CS) of 0–10, 10–20, and 20–30 cm depth layers at each sampling location was estimated following the Walkley-Black method. The sequestration potential of soil under each cropping system is estimated to suggest an optimal cropping system for the region. The CS decreased with depth, irrespective of cropping systems. Among the cropping systems, the mango plantations, which practiced zero/no-tillage, have stability in the distribution of CS, while paddy fields showed higher variability in the CS. Even though mango plantations have more carbon sequestration potential (CSP), the coconut-arecanut grove is a better candidate for carbon sequestration (CSeq) in this region owing to its wider areal extent and acceptability. This analysis reveals the importance of assessing CS at the watershed level for sustainable land use planning to achieve better sequestration of atmospheric carbon.
Keywords: soil organic carbon, Acrisols, Cambisols, soil plough layer, Walkley-Black method, image segmentation, zero tillage, homestead farms
Физика почв
Д.В. Карелин, О.Э. Суховеева, М.В. Глаголев, А.С. Добрянский, А.Ф. Сабреков, И.В. Замотаев Годовой бюджет углеродсодержащих биогенных парниковых газов при смешанном землепользовании: Льговский район как модельный объект Центрального Черноземья // Почвоведение. 2023. № 8. С. 911-924. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600038
Проведено комплексное исследование годового баланса биогенных углеродсодержащих парниковых газов в границах Льговского административного района в Черноземной зоне Европейской части России (Курская область). Источниками данных послужили полевые оценки обмена диоксида углерода (СО2) и метана (СН4) между почвой и атмосферой, надземных и подземных запасов фитомассы, параметризованные по этим данным имитационные модели, официальная статистическая и метеорологическая информация, а также литературные данные. Обводненные поля фильтрации сахарного комбината отвечают за 26% эмиссии СН4 с территории Льговского района, хотя они занимают лишь около 0.04% его площади. Максимум эмиссии СО2 из почвы отмечен при ее объемной влажности около 30%. Эмиссия СН4, наоборот, минимальна в диапазоне влажности 0–30%, а с повышением этого показателя начинает линейно расти, достигая максимума на открытой поверхности непроточных водоемов, а среди них – на обводненных полях фильтрации. Другим существенным источником СН4 являются открытые компостные хранилища (22%). Однако наибольшим по территориальному вкладу источником СН4 служат водохранилища и пруды (43%). Среди главных антропогенных нетто-источников СО2 на территории района – сжигание всех видов ископаемого топлива транспортом (22.3%). В отличие от СН4, поток которого в основном определяется мощными точечными источниками, величина вклада отдельных экосистем в нетто-бюджет СО2 положительно коррелирует с их площадной представленностью. Расчет суммарного бюджета обоих парниковых газов при переводе в СО2-эквивалент показывает, что наблюдаемый в настоящее время небольшой нетто-сток СО2 на территории района (–6.4 г С м–2 год–1) решительно перекрывается местными источниками метана (+95 г С–СО2-экв. м–2 год–1). Обсуждается влияние видов землепользования и методов расчета на С-баланс рассматриваемой территории, а также оцениваются способы ее трансформации в углеродно-нейтральное состояние.
Ключевые слова: Haplic Chernozem, диоксид углерода, метан, углеродный баланс
A field experiment was conducted to investigate the effect of biochar, organic matter (hundz soil) and mycorrhiza on soil hydrophysical properties, irrigation water applied and water productivity of soybean crop in arid soils. The treatments included eight practices i.e., control (C), 15 t ha–1 biochar (B), 15 t ha–1 hundz soil (H), 2.5 kg ha–1 mycorrhiza (M), 15 t ha–1 B + 2.5 kg ha–1 M (B + M), 15 t ha–1 H + 2.5 kg ha–1 M (H +M), 7.5 t ha–1 B + 7.5 kg ha–1 H (50% B + 50% H) and 7.5 t ha–1 B + 7.5 t ha–1 H + 2.5 kg ha–1 (50% B + 50% H + M). The results observed that there is a significant decrease in soil bulk density at the mixture of B, H and M. Also, a significant increase in soil porosity and hydraulic conductivity were recorded. The reduction of actual evapotranspiration (ETa) and irrigation water applied (IWA) by the treatments could be set in the descending order: 50% B + 50% H + M > 50% B + 50% H > H + M > B + M > H > B > M > C. The highest relative decrease (mean of both seasons) of ETa and IWA were 25.98% and 23.46%, respectively at 50% B + 50% H + M treatment. Also, crop water productivity and irrigation water productivity were significantly (P ≤ 0.05) increased as compared to control. Plant height, seed index, seed yield, portion content and oil content were significantly (P ≤ 0.05) increased as a result applying of B, H and M. The results imply that the mixture of biochar, hundz soil and treated soybean seed with mycorrhiza are considered a valuable approach to improve soil hydrophysical properties, water productivity and soybean yield in arid regions.
Keywords: organic amendments, soil characteristics, crop water productivity
Биология почв
Н. В. Величко, Д. Е. Рабочая, А. В. Долгих, Н. С. Мергелов Антарктические цианобактерии в почвенных гиполитных горизонтах оазиса Холмы Ларсеманн // Почвоведение. 2023. № 8. С. 925942. https://doi.org/10.31857/S0032180X2260161X
Проведен анализ биологического разнообразия почвенных антарктических цианобактерий в гиполитных органо-аккумулятивных горизонтах оазиса Ларсеманн (Восточная Антарктида). С помощью исследования стекол обрастания методами световой и конфокальной микроскопии, а также флуоресцентной in situ гибридизации показано, что в верхних слоях антарктических подкаменных сообществ среди цианобактерий преобладают нитчатые формы. Для уточнения их таксономического статуса из образцов почв были выделены штаммы родов: Nostoc, Halotia, Leptolyngbya, Plectolyngbya, Phormidesmis, а также некоторые новые и ранее не описанные представители антарктических цианобактерий. Штаммы впервые сформированной уникальной рабочей коллекции почвенных цианобактерий были идентифицированы в соответствии с современными методами полифазной таксономии на основании анализа комплекса морфологических и молекулярно-генетических признаков. Результаты филогенетического анализа нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК и особенности организации вторичных структур внутренних транскрибируемых спейсеров рибосомального оперона позволили выявить cреди штаммов коллекции новые таксоны потенциально эндемичных цианобактерий. Высокий уровень сходства последовательностей гена 16S рРНК почвенных цианобактерий с ранее обнаруженными в водоемах оазиса Ларсеманн подтверждает их способность распространяться за пределы отдельных экологических ниш и пластично адаптироваться к контрастным природным условиям.
Ключевые слова: почвенные биопленки, стекла обрастания, FISH, лабораторные культуры, 16S рРНК, вторичные структуры 16S–23S ITS, эндемизм
Агрохимия и плодородие почв
Н.Е. Завьялова ,М.Т. Васбиева, Д.Г. Шишков, О.В. Иванова Содержание различных форм калия в почвенном профиле дерново-подзолистой почвы Предуралья // Почвоведение. 2023. № 8. С. 943952. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600154
Изучено влияние длительного применения азотных, фосфорных и калийных удобрений и их сочетаний (N, P, K, NP, NK, PK и NPK) на изменение в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве (Albiс Retisol (Abruptic, Aric, Loamic)) валового, легкообменного, обменного и необменного содержания калия. Исследования проведены в метровом слое почвы в условиях многолетнего стационарного опыта, заложенного в Пермском крае в 1978 г. В опыте применяли аммиачную селитру или мочевину, двойной или простой суперфосфат и калий хлористый. Доза удобрений – 90 кг д.в./га. Длительное внесение калия хлористого в чистом виде и в сочетании с суперфосфатом и азотными удобрениями (K90, (РK)90, (NK)90, (NPK)90) обеспечило увеличение в пахотном слое почвы валового содержания калия в 1.1–1.2 раза и его различных соединений в 1.1–2.8 раза (относительно контрольного варианта). Здесь отмечено сужение соотношения необменного калия к обменному. Изменения в метровом слое почвы зависели от сочетания удобрений, изучаемой формы калия в почве. Внесение только азотных и фосфорных удобрений (N90, P90, (NP)90) без компенсации выноса калия в течение пяти ротаций восьмипольного полевого севооборота привело к уменьшению запасов обменного и необменного калия в слое 0–40 см на 15–20%. Минимальный уровень содержания обменного калия в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве в слое 0–20 см составил 108–112 мг/кг.
Ключевые слова: обменный и необменный калий, почвенный профиль, длительный стационарный опыт, баланс калия, валовое содержание калия
Degradation of natural ecosystems demands the utilization of croplands with enhanced soil carbon sequestration. To do this, microbial biotechnologies like biofilm biofertilizers can be used because it enhances soil carbon sequestration while increasing crop yields with reduced chemical fertilizers use. However, the stabilizing sequestered soil carbon with the biofilm biofertilizer practice is yet to be revealed. Thus, present study evaluates the effect of biofilm biofertilizer on soil physicochemical and biological properties including soil respiration and organomineral complexation in paddy cultivation. The biofilm biofertilizer practice was compared with the farmers’ current practice of chemical fertilizer alone application in four districts in Sri Lanka. Attenuated total reflectance Fourier-transform infrared spectroscopy was used to evaluate the chemical forms of stabilizing sequestered soil carbon. Results showed that soils with stronger organomineral complexation and reduced soil respiration down to ca. 40% were formed in the biofilm biofertilizer practice over the farmers’ chemical fertilizer practice, possibly due to enhanced mineral surface-reactive metabolites, and low priming effect, respectively thus resulting to mitigate global warming. Conclusively, the biofilm biofertilizer practice is an effective method to replace farmers’ chemical fertilizer practice. Reduced chemical fertilizer use down to ca. 50% with the biofilm biofertilizer application addresses the current global issue of escalating chemical fertilizer prices. Rapid implementation of such biotechnologies is important to save the globe from predicted climatic catastrophes.
Keywords: carbon sequestration, fertilizer prices, global warming, organomineral complexation
The salinity and sodicity of soils lead to the inhibition of the plant’s growth and disequilibrium of the nutrients, and thus reduce their plant uptake in the soil. The aims of this study were to characterize the indigenous plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) of wheat rhizosphere and to evaluate their ability with sulfur to improve nutrient uptake and wheat yield in saline-sodic soils. To do so, the bacteria were isolated from wheat rhizosphere cultivated in saline-sodic soils and screened for plant growth-promoting (PGP) traits. The superior PGPR was identified by 16S rRNA gene sequencing. A greenhouse experiment was carried out in a completely randomized factorial design with different levels of salinity and sodicity, bacteria inoculation, and levels of sulfur along with Thiobacillus thiooxidans. Results showed that Pseudomonas alcaliphila, Bacillus subtilis, and Rhizobium pusense were the superior PGPR in the wheat rhizosphere. Grain yield and nutrient concentrations of wheat grain decreased with increasing soil salinity and sodicity. Bacteria inoculation, especially R. pusense showed a marked exopolysaccharide and ACC-deaminase production increased grain yield, N and P concentrations and Ca/Mg ratio at different levels of soil sodicity and salinity. R. pusence and B. subtilis facilitated higher concentrations of N and P in wheat when used concurrently with sulfur and T. thiooxidans, respectively. Overall, the results indicated that the application of isolated PGPR of wheat rhizosphere possessed PGP traits especially R. pusense along with sulfur and T. thiooxidans, resulted in excellent benefits on wheat growth in saline-sodic soils.
Keywords: nutrient uptake, plant growth, salinity and sodicity, Thiobacillus thiooxidans, 16S rRNA gene sequencing
Деградация, восстановление и охрана почв
Д. Г. Сычева, Н. Е. Кошелева Эколого-геохимическое состояние почвенного покрова г. Гусиноозерска в зоне влияния угольной ГРЭС // Почвоведение. 2023. № 8. С. 953-969. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600270
Изучено загрязнение верхних горизонтов почв г. Гусиноозерска (Республика Бурятия) под воздействием выбросов работающей на Окино-Ключевских бурых углях ГРЭС. Проанализировано содержание 14-ти элементов (Sr, As, Co, Mo, Sb, V, Cu, Ni, Cr, W, Zn, Bi, Cd, Pb) в валовых пробах, а также во фракции физической глины (частиц диаметром <10 мкм, PM10) и в пробах бурых углей и золы ГРЭС. Приоритетными поллютантами почв (Urbic Technosols) Гусиноозерска являются Sr, As, Co, Mo, Sb, V с более высокими концентрациями большинства элементов во фракции PM10. Наиболее загрязнены почвы и фракция PM10 промышленной действующей подзоны, где аккумулируются Sr, As, Co, V, Cu, Mo, Ni, Cr, содержащиеся в золе-уносе Гусиноозерской ГРЭС. Бóльшая часть территории (57% для почв в целом и 47% для фракции PM10) характеризуется низким уровнем загрязнения (Zc = 8–16). Наибольшую экологическую опасность представляет As, во фракции PM10 его концентрации превысили ОДК в 90% исследуемых проб. Факторами накопления элементов в почвах и их фракции PM10 являются содержание Fe2O3 и MnO, органического вещества, гранулометрический состав, щелочно-кислотные условия, значение EC1 : 5, а также принадлежность к функциональной зоне, обусловливающие формирование различных классов геохимических барьеров. Сравнение химического состава Окино-Ключевских бурых углей и золы Гусиноозерской ГРЭС и Канско-Ачинских углей и золы Центральной ТЭЦ г. Северобайкальска показало, что используемые в Северобайкальске Канско-Ачинские бурые угли и зола ТЭЦ незначительно обогащены металлами и металлоидами, что объясняет их слабую аккумуляцию в почвах.
Ключевые слова: тяжелые металлы, металлоиды, городские почвы, факторы аккумуляции поллютантов, бурый уголь, Urbic Technosols
К. Г. Гиниятуллин, И. А. Сахабиев, С. С. Рязанов, Е. В. Смирнова, Д. В. Тишин, Л. И. Латыпова Возможность использования зонирования залежной растительности по вегетационным индексам для оценки накопления органического вещества в постагрогенных почвах // Почвоведение. 2023. № 8. С. 970-980. https://doi.org/10.31857/S0032180X2360018X
Исследовали массив светло-серой лесной почвы (Eutric Retisols (Loamic, Cutanic, Ochric)), находящейся под залежью возрастом 20–25 лет в стадии зарастания луговой растительностью, сосной и березой. Участок приурочен к одному элементу рельефа, не имеет морфологических признаков развития эрозионных процессов и характеризуется однородным гранулометрическим составом. Для оценки влияния типа залежной растительности на формирование запасов почвенного органического вещества (ПОВ) было проведено зонирование растительного покрова по вегетационным индексам, рассчитанным на основе данных дистанционного зондирования Земли. Для зонирования использовали алгоритмы k-средних и метод “случайного леса”. Показано наличие статистически значимых различий между типами земного покрова по запасам ПОВ в верхнем слое старопахотного горизонта при выделении 3 и 4 кластеров. Показано, что наиболее целесообразным является выделение при использовании алгоритма k-средних 3 классов залежной растительности: хвойная древесная растительность, лиственная древесная растительность и травянистая растительность. Корректность выделения данных классов была подтверждена полевым геоботаническим обследованием территории. Результаты попарного сравнения участков, занятых различными типами залежной растительности, показывают наличие значимых различий по запасам ПОВ только в самом верхнем слое (0–5 см) старопахотного горизонта и только при сравнении с массивом, занятым древесной хвойной растительностью и травянистой растительностью. Различия по накопленным запасам гумуса в верхнем слое (0–10 см) старопахотного горизонта статистически значимо проявляются в почвах под лиственной и хвойной древесной растительностью, а также между травянистой и хвойной растительностью. Значимой разницы по данному показателю между участками, занятыми древесной лиственной растительностью и травянистой растительностью, не наблюдалось. Ключевые слова: залежные почвы, почвенное органическое вещество, пространственное моделирование, Eutric Retisols (Loamic, Cutanic, Ochric)
Д.А. Терехова, М.А. Смирнова, А.П. Гераськина, О.В. Шопина, А.И. Кузнецова, И.М. Бавшин, В.Р.
Хохряков, М.И. Герасимова, И.Н. Семенков Макрофауна и органическое вещество в постагрогенных песчаных и супесчаных почвах северо-запада Смоленской области (Pоссия) // Почвоведение. 2023. № 8. С. 981-996. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600105
Естественное лесовосстановление на месте былой пашни запускает изменение макрофауны и органического вещества почв. Оценка возможности восстановления свойств почв и почвенной макрофауны до состояния, характерного для условно коренных лесов, продолжительности этого периода, динамики запасов органического вещества почв и роль макрофауны в этом процессе востребована при прогнозировании изменений компонентов экосистем и их роли в депонировании углерода. Исследованы запас органического углерода, морфологические свойства почв, численность, биомасса и таксономическая структура почвенной макрофауны пашни, коренных лесов и 5 стадий восстановления соснового леса национального парка “Смоленское Поозерье”. В почвах 85–100-летнего сосняка сохраняется ровная нижняя граница гумусового горизонта. Первые признаки реградации почв появляются на луговой стадии – формируется маломощный гумусированный горизонт, пронизанный корнями, трансформирующийся в грубогумусовый горизонт в молодых лесах. К 80 годам запас органического углерода минеральной части почв восстанавливается практически до фоновых значений. Состав почвенной макрофауны кардинально меняется при переходе от луговых сообществ к лесным. На начальных этапах преобладает фауна органо-минеральных и минеральных горизонтов: собственно-почвенные дождевые черви и личинки пластинчатоусых жуков. Далее восстанавливается фауна органогенных горизонтов, среди которой высока доля сапрофагов – подстилочных и почвенно-подстилочных дождевых червей, способствующих дифференциации горизонтов подстилки. Биомасса сапрофагов отрицательно коррелирует с запасами углерода в минеральной части лесных почв, его запасами в подстилке и мощностью подстилки, положительно – с долей легкоразлагаемой фракции опада.
Ключевые слова: хроносерия, беспозвоночные, лесная подстилка, альфегумусовые почвы (Podzols), песчаные почвы (Arenosols), экологические индикаторы
А. Н. Тимошенко, С. И. Колесников, В. С. Кабакова, Н.А. Евстегнеева, Т. В. Минникова, К. Ш. Казеев, Т. М. Минкина Оценка устойчивости почв к загрязнению наночастицами платины методами биодиагностики // Почвоведение. 2023. № 8. С. 997-1006. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600221
держанию органического вещества и реакции среды к загрязнению наночастицами платины (PtНЧ) по биологическим показателям. Провели лабораторные модельные исследования устойчивости к загрязнению PtНЧ образцов почв из слоя 0–10 см, контрастных по генетическим характеристикам: чернозема обыкновенного (Haplic Chernozem (Loamic)), бурой лесной (Eutric Cambisol) и серопесков (Eutric Arenosol). Исследовали концентрации PtНЧ 0.01, 0.1, 1, 10 и 100 мг/кг. Устойчивость почв оценивали по наиболее чувствительным и информативным биологическим показателям состояния почвы: общей численности бактерий, активности каталазы и дегидрогеназ, всхожести и изменению длины корней редиса. Установили, что низкие концентрации PtНЧ 0.01, 0.1 и 1 мг/кг в большинстве случаев не оказывают достоверного влияния на биологическое состояние почв, а бóльшие дозы 10 и 100 мг/кг приводят к снижению биологических показателей. Ферментативная активность почв при загрязнении PtНЧ была снижалась в меньшей степени, чем фитотоксические и микробиологические показатели. Чернозем обыкновенный проявил большую устойчивость к загрязнению PtНЧ, чем бурая лесная почва и серопески. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования экологических рисков при загрязнении почв PtНЧ и разработки предельно допустимых
концентраций платины в различных почвах.
Ключевые слова: экотоксичность, тяжелые металлы, биотестирование, биологические свойства
Using visible (VIS), near-infrared (NIR), and short-wave infrared (SWIR) spectra can provide a quick, undisturbed, and inexpensive method for predicting deferent soil variables. This study aims to evaluate the ability of hyperspectral information in VIS-NIR-SWIR range to predict heavy metals concentrations including As, Pb, Sb, and Cr in Hormuz Island soils, with a total area of about 42 km2, south of Iran. Consequently, 57 samples were taken from the topsoil. The total As, Pb, Sb, and Cr concentrations were measured by ICP-OES apparatus. Soil sample’s spectral reflectance was quantified by an ASD field spectroradiometer. PLSR separately and coupled with Bootstrap aggregation (Bagging-PLSR) methods were employed to predict total concentrations of As, Pb, Sb, and Cr. The findings demonstrated that hyperspectral data in VIS, NIR, and SWIR could reasonably estimate the As, Pb, Sb, and Cr concentrations. The findings revealed that the PLSR method outperformed the bagging-PLSR to predict Pb, Sb, and Cr concentration. Based on the Ratio Performance Deviation (RPD), the prediction models have moderate accuracy (RPD = 1.15–1.79) for predicting heavy metals concentration. Finally, the result of this study revealed the feasibility of hyperspectral data (350–2500 nm) to predict heavy metals concentration on the little island of Hormuz. Nevertheless, it is fundamental to compare these methods with non-linear models for their sensitivity to a limited dataset, and also, for their predictive capability.
Keywords: arsenic, modeling, reflectance, spectroscopy
Jun Zhang, Jinfeng Zeng, Shuai Tian, and Zuwen Liu ''Ageing of Pb in Farmland Soil Near an Ionic Rare Earth Mine,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229323600525
The total concentration of heavy metals can effectively reflect the enrichment of heavy metal contaminants in a soil environment; however, their bioavailability and environmental toxicity are more influenced by the distribution of their elemental forms. In this study, the farmland soil around an ionic rare earth mining area in the Jiangxi province was used as the research object. Indoor culture was used as the experimental method to explore the transformation and ageing process of exogenous Pb species in the short term after entering the soil environment, and a variety of kinetic models were used. The aim of this study was to provide a basis for environmental behaviour and pollution risk assessment of Pb-contaminated soil. The results showed that in the short term (60 d), the ageing of heavy metals was mainly reflected by a conversion from the mild acid-soluble fraction to reducible fraction. At the initial experimental stage (10 d), the mild acid-soluble fraction was rapidly converted into the reducible fraction, and the conversion rate then gradually reduced, and finally tended to equilibrium. The Elovich equation showed the best fit for the ageing of heavy metals in the soil environment in the short term, which indicates that the ageing is a heterogeneous dispersion process.
Keywords: soil pollution, lead ageing, kinetic process
Sh. Kholdorov, G. Lakshmi, Z. Jabbarovb, T. Yamaguchia , M. Yamashitaa, N.N. Samatove and K. Katsura ''Analysis of Irrigated Salt-Affected Soils in the Central Fergana Valley, Uzbekistan, using Landsat 8 and Sentinel-2 Satellite Images, Laboratory Studies, And Spectral Index-Based Approaches,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229323600185
Soil salinity is a fundamental barrier to soil fertility, particularly in dry climates, and is a limiting factor for agricultural output and subterranean water utilization. Soil salinity significantly restricts agricultural soils in Uzbekistan. Remote sensing and satellite images were used to evaluate soil salinity in the Mingbulak District of Uzbekistan. In October 2019, soil samples were taken from various locations and analyzed, and soil salinity indices were calculated. The region’s soil salinity was then mapped and modeled. The results revealed that SI 12 and the NDSI from Landsat 8 were superior to the others. The accuracy of the single band B2 and that of salinity indices SI1 and SI8 of Landsat 8 and Sentinel-2A were higher in the deeper layers than in the upper. NDSI was used to model the relationship between soil salinity (electrical conductivity) and the prominent salt ion The model was validated successfully, and a soil salinity map was created. According to the findings, the NDSI provided more accurate information on soil salinity than the other salinity indices, and the blue band was successful in depicting sublayers and the overall salinity of the region.
Keywords: mapping, modeling, remote sensing, soil salinity, salinity indices
Почвоведение №9, 2023
Спецвыпуск ПОЧВЕННОЕ ДЫХАНИЕ: ФАКТОРЫ, МЕХАНИЗМЫ, МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ
Редакторы: В.Н. Кудеяров, И.Н. Курганова
В. Н. Кудеяров Почвенное дыхание и секвестрация углерода (обзор) // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1011-1022. https://doi.org/10.31857/S0032180X23990017
Прирост концентрации углекислоты в атмосфере является тригером для активации всех процессов углеродного цикла, включая и дыхание почвы (RS), поскольку вызывает не только рост парникового эффекта атмосферы, но и ее фертилизацию. Следствием фертилизации является тенденция увеличения мировой чистой первичной продукции фотосинтеза (NPP) и гетеротрофного дыхания почв (RH). Повышение глобального наземного стока углерода сопровождалось увеличением СО2 в атмосфере. Мировое увеличение RН находится в связи с мировыми потерями органического углерода почв и подтверждается моделями, в соответствии с которыми среднее время пребывания (MRT – mean residence time) органического углерода в почвенном пуле за прошлое столетие уменьшилось на 4.4 года. Для оценки уровня секвестрации С в почвах необходимо определение баланса между RH почвы и величиной нового почвенного С-стока в форме чистой биомной продукции (NBP) – устойчивой к минерализации. Сток углерода в экосистемную продукцию (NEP) определяет краткосрочную неустойчивую секвестрацию углерода.
Ключевые слова: общее дыхание почв, гетеротрофное дыхание почв, корневое дыхание почв, эмиссия СО2, сток углерода, чистая первичная, экосистемная и биомная продукция фотосинтеза
ДЫХАНИЕ ПОЧВ В ПРИРОДНЫХ ЦЕНОЗАХ
А.В. Иванов, Д.Г. Замолодчиков, М.А. Сало, А.В. Кондратова, О.А. Пилецкая, С.В. Брянин Дыхание почв лесных экосистем юга Дальнего Востока // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1023-1033. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600397
Дальний Восток – наименее изученная в отношении потоков углерода часть России. Проведен обзор результатов натурных измерений эмиссии СО2 с поверхности лесных почв, полученных на 26 участках в южной части Дальнего Востока на территории 4 субъектов России. Измерения выполнены в разных лесных формациях (лиственничники, кедровники, дубняки, ясенево-ильмовые леса), включая леса в зоне многолетней мерзлоты. Представлены сведения о сезонной и суточной динамике эмиссии. По 14 участкам представлены параметры уравнений для оценки эмиссии по данным о температуре воздуха на ближайшей метеостанции. Годичные потоки варьируют по пунктам измерения в пределах 5.5–10.1 т С/га, с максимальным значением в старовозрастном кедрово-пихтовом лесу южного Приморья. Вклад летнего сезона в годовой поток составляет 46–65%. В Республике Бурятия эмиссия СО2 с поверхности почв сильно зависит от температуры и влажности почв.
В переувлажненных почвах на эмиссию значимо влияет уровень грунтовых вод (R2 = 0.42).
Ключевые слова: эмиссия СО2, органический углерод почвы, температура почвы, температура воздуха, лесные формации
О. Ю. Гончарова, Г. В. Матышак, М. В. Тимофеева, С.В. Чуванов, М.О. Тархов, А.В. Исаев Эмиссия СО2 почвами экотонной зоны севера Западной Сибири: закономерности и определяющие факторы // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1034-1048. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600336
Район исследования почвенного дыхания, север Западной Сибири, расположен на южном пределе распространения близко залегающих многолетнемерзлых пород, в экотонной зоне на границе типичных таежных ландшафтов и южной тундры. Участок характеризуется наличием контрастных ландшафтов: сосняков с торфяно-подбурами и подзолами (Albic Podzols); мерзлых торфяников (Cryic Histosols) с торфяно-криоземами (Histic Oxyaquic Turbic Cryosols) и болотных экосистем с торфяными олиготрофными почвами (Fibric Histosols). В задачи исследования входила оценка величин эмиссии СО2 почвами ключевых ландшафтов в вегетационные сезоны 2019–2022 гг. и анализ факторов пространственной вариабельности данного показателя и его межгодовой изменчивости. Исследование включало анализ базы данных (метод статичных закрытых камер) и гидротермических параметров почв, фиксированных в августе в течение 4 лет. При отсутствии тренда к изменению климатических параметров за последние 10 лет, наблюдалось постепенное увеличение температуры почв всех ландшафтов и увеличение глубины протаивания на торфяниках. Данные изменения не сопровождались существенными изменениями величины . Она составила в лесных экосистемах в среднем от 485 до 540 мг СО2/(м2 ч), на торфяно-болотном комплексе от 150 до 255 мг СО2/(м2 ч) с высокими коэффициентами пространственной вариабельности. Высокие величины в лесных экосистемах определяются благоприятными гидротермическим режимом, водно-физическими свойствами, высокими запасами корневой биомассы. Часть СО2, продуцируемого почвами торфяников, переносится надмерзлотными водами и выделяется с поверхности болотных почв. Температура почв, регулируемая сезонным протаиванием, явилась значимым предиктором пространственной вариабельности на почвах торфяно-болотного комплекса.
Ключевые слова: дыхание почвы, гидротермические параметры, мерзлые торфяники, болотные экосистемы, лесные экосистемы, цикл углерода
А. Ф. Осипов Эмиссия СО2 с поверхности почвы на 10-летней вырубке среднетаежного сосняка черничного на европейском северо-востоке России // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1049-1058. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600087
Для оценки роли промышленных рубок на цикл углерода в лесных экосистемах необходимо получение экспериментальных данных по дыханию почвы нарушенных территорий. Исследования проводили в Республике Коми в течение бесснежных периодов 2019–2021 гг. на вырубке среднетаежного сосняка черничного спустя 10 лет после сплошной рубки. Почва – Gleyic Folic Albic Podzol (Arenic). Эмиссию СО2 измеряли камерным методом при помощи LI COR 8100. На период наблюдений дана характеристика погодных условий и динамики температуры почвы на глубине 10 см. Выявлено, что погодные условия оказывают существенное влияние на интенсивность дыхания почвы. Теплое сухое лето ведет к более интенсивному потоку СО2 с ее поверхности. Показано, что пасечные участки по сравнению с волоками характеризуются меньшей в 1.3–1.9 раза среднемесячной эмиссией СО2. Установлена достоверная положительная взаимосвязь (R2 = от 0.12 до 0.86) между температурой почвы и выделением СО2 с ее поверхности. В год с обильным выпадением осадков на волоках отмечается достоверная взаимосвязь между потоком СО2 и влажностью верхнего органогенного горизонта почвы, тогда как в более сухой год она отсутствует в отличие от пасечных участков, где наблюдаются обратные зависимости. Пасечные участки в течение бесснежного периода с дыханием почвы эмитируют в атмосферу 303–379 г С/м2, волока 419–573 г С/м2, что в пересчете на площадь всей лесосеки (5 га) составляет 60–75 т СО2. Большая (86–90%) часть выноса углерода происходит с мая по сентябрь, а вклад летних месяцев составляет 56–65%. Полученные данные послужат для определения роли заготовки древесины в углеродном цикле таежных лесов.
Ключевые слова: дыхание почвы, сплошная рубка, Gleyic Folic Albic Podzol (Arenic), лесные экосистемы
И.Н. Курганова, В.О. Лопес де Гереню, Т.Н. Мякшина, Д.В. Сапронов, Д.А. Хорошаев, В.А. Аблеева Температурная чувствительность дыхания почв луговых ценозов в зоне умеренно-континентального климата: анализ данных 25-летнего мониторинга // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1059-1076. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600476
Натурные наблюдения за дыханием почв (SR) в разных типах наземных экосистем представляются весьма актуальными, поскольку интенсивность SR характеризуется высокой временной и пространственной вариабельностью. Внутригодовая динамика SR обусловлена в значительной степени изменением гидротермических условий в течение года и часто описывается с помощью коэффициента температурной чувствительности (Q10), который во многих используемых моделях обычно имеет фиксированное значение. Целью настоящего исследования была оценка сезонной и межгодовой динамики температурной чувствительности SR в двух луговых экосистемах южного Подмосковья (умеренно-континентальный климат) на основе непрерывных 25-летних круглогодичных измерений эмиссии СО2 из почв. Луговые ценозы были сформированы на разных типах почв: дерново-подбуре (Entic Podzol (Arenic)) и серой почве (Haplic Luvisol (Loamic)). Скорость SR измеряли непрерывно с декабря 1997 г. по ноябрь 2022 г. с интервалом 7‒10 дней методом закрытых статических камер. Температурная чувствительность SR, оцененная по всей совокупности данных, имела более высокие значения на серых суглинистых почвах по сравнению с супесчаными дерново-подбурами (3.47 vs 2.59). Значения Q10 для SR в обоих типах почв в засушливые годы были в 1.2‒1.4 раза ниже, чем в годы с нормальным уровнем влажности. Межгодовая изменчивость (коэффициент вариации) значений Q10 в луговых экосистемах составила 21‒36% в зависимости от интервала температур, который принимался в расчет. В обоих луговых ценозах была обнаружена достоверная положительная корреляция между значениями Q10 в интервале температур ≥1°С и индексами влажности. Для получения более точных прогнозов баланса С в экосистемах следует применять дифференцированный подход, интегрируя в модели разные значения температурных коэффициентов для SR.
Ключевые слова: эмиссия СО2 из почв, Q10, температура почвы, индексы влажности, абиотические и биотические факторы, почвенное органическое вещество, Entic Podzol (Arenic), Haplic Luvisol (Loamic)
О.Э. Суховеева, Д.В. Карелин, А.Н. Золотухин, А.В. Почикалов Дыхание почвы в аграрных и природных экосистемах европейской территории России // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1077-1088. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600488
занской и Курской областях. Аграрные и природные экосистемы разделены на семь групп: пашни, пастбища, сенокосы, залежи, леса, места содержания животных и открытые компостные хранилища. Измерения эмиссии СО2 проводили в 2020–2022 гг. камерным методом. Экосистемы оказались ранжированы по возрастанию скорости эмиссии СО2 из почвы в следующем порядке: пашни (0.03–0.24 г C–CО2/(м2 ч)) < пастбища (0.07–0.33 г C–CО2/(м2 ч)) ≤ сенокосы (0.06–0.35 г C–CО2/(м2 ч)) ≤ леса (0.07–0.28 г C–CО2/(м2 ч)) ≤ залежи (0.08–0.37 г C–CО2/(м2 ч)) загоны (0.21–8.61 г C–CО2/(м2 ч)) компостные хранилища (1.15–13.85 г C–CО2/(м2 ч)); причем оценки эмиссии СО2 из почв пастбищ, сенокосов, лесов и залежей в большинстве случаев статистически не различались. Проанализирована зависимость скорости дыхания почвы от гидротермических (температура и влажность верхнего слоя почвы, температура воздуха) и агрохимических (содержание общего углерода и общего азота в верхнем слое почвы, его рН) показателей по географическим регионам и по типам экосистем. Важнейшим среди оцениваемых факторов как на уровне экосистемы, так и на уровне региона является температура почвы на глубине 10 см (rр = 0.41– 0.88, p < 0.05). Условия увлажнения не играют значимой роли в формировании потока СО2. В региональном масштабе имеет значение содержание углерода и азота (rр = 0.33–0.92, p < 0.05), которое больше зависит от географического положения объектов, чем от характера хозяйственной деятельности. Рассмотренные показатели на 17–78% определяют дисперсию эмиссии СО2 из почв исследованных экосистем.
Ключевые слова: почвенная эмиссия СО2, пашни, пастбища, сенокосы, залежи, леса, Luvic Phaeozems, Luvic Chernozems, Haplic Chernozems
ДЫХАНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ
В.И. Васенев, М.И. Варенцов, Д.А. Саржанов, К.И. Махиня, Д.Д. Госсе, Д.Г. Петров, А.В. Долгих Влияние мезо- и микроклиматических условий на эмиссию СО2 почв объектов городской зеленой инфраструктуры Московского мегаполиса // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1089-1102. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600385
Анализ климатических условий и пространственно-временной неоднородности почвенной эмиссии СО2 в условиях мегаполиса необходим для понимания роли городской зеленой инфраструктуры в формировании баланса углерода и достижении углеродной нейтральности. Исследования динамики эмиссии СО2 с параллельным наблюдением температуры и влажности почвы проводили на трех объектах зеленой инфраструктуры Московского мегаполиса, отличающихся по мезоклиматическим условиям, в 2019–2022 гг. Для каждого объекта сопоставляли участки с различными типами растительности, что позволило оценить внутреннюю неоднородность почвенных и микроклиматических условий. Температура почвы определяет до 70% общей дисперсии эмиссии СО2. При этом среднегодовая температура почв на участке в центре города была почти на 3–6°С выше, а влажность – на 10–15% ниже по сравнению с периферийными участками (10–12 км от центра). Почва под газонами и кустарниками была в среднем на 1–2°С теплее и на 10–15% влажнее, чем под деревьями. Эмиссия СО2 почвы под газонами была в среднем за год на 20–30% выше таковой по сравнению с почвой под древесными насаждениями на том же участке. При этом различия между участками с одинаковой растительностью в центре и на периферии достигали 50%, что отражает высокую уязвимость запасов углерода городских почв к мезоклиматическим аномалиям и высокие риски дальнейшего увеличения эмиссии СО2 городскими почвами на фоне климатических изменений.
Ключевые слова: урбанизация, городские почвы, остров тепла, запасы углерода, почвенное дыхание, устойчивое развитие городской среды
С.Н. Горбов, В.И. Васенев Е.Н. Минаева, С.С. Тагивердиев, П.Н. Скрипников, О.С. Безуглова Краткосрочная динамика эмиссии СО2 и содержания углерода в городских почвенных конструкциях в условиях степного региона // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1103-1115. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600282
Почвенные конструкции – важный компонент городской зеленой инфраструктуры, роль которого в балансе углерода городских экосистем остается недостаточно изученной. Динамика запасов углерода и эмиссии СО2 почвенных конструкций зависит как от биоклиматических условий, так и от параметров конструирования – используемых субстратов, состава и мощности слоев. Исследования динамики запасов углерода и эмиссии СО2 проводили на конструктоземах различного строения, созданных на базе “Экспериментального стационара по изучению почвенных конструкций” в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Стационар включает 15 автономных площадок, на которых представлены 5 различных вариантов почвенных конструкций, созданных на основе субстратов, традиционно используемых для задач озеленения и благоустройства в городах степной зоны. В качестве фоновой почвы изучали чернозем миграционно-сегрегационный (Haplic Chernozem), расположенный на плакорном участке в непосредственной близости от экспериментального стационара. Мониторинговые исследования в течение года (с сентября 2020 г. по ноябрь 2021 г.) позволили сопоставить сезонную динамику содержания органического и неорганического углерода и эмиссии СО2 для различных вариантов почвенных конструкций по сравнению с фоном. Во всех конструкциях, созданных на основе гумусово-аккумулятивных горизонтов черноземов, отмечена высокая и заметная зависимость эмиссии СО2 от температуры воздуха (при р < 0.05 для конструкции 2 – r = 0.76, конструкции 3 – r = 0.82, конструкции 4 – r = 0.76, конструкции 5 – r = 0.49) и почвы (при p < 0.05 для конструкции 2 – r = 0.58, конструкции 3 – r = 0.74, конструкции 4 – r = 0.75, конструкции 5 – r = 0.68). Определены запасы биомассы газонных трав, произрастающих на конструкциях, отмечена положительная корреляция эмиссии СО2 и прироста наземной биомассы (для конструкции 2 умеренная корреляция (r = 0.48, p < 0.05), для конструкций 3 и 4 – заметная (r = 0.5, p < 0.05; r = 0.68, p < 0.05), а для конструкции 5 – высокая (r = 0.75, p < 0.05)). Изучена динамика запаса различных форм углерода в первый год функционирования конструкций. На основании сопоставления потоков и запасов углерода показано, что в условиях умеренно-континентального климата г. Ростова-на-Дону газонные экосистемы на ранних стадиях существования конструктоземов не могут считаться участками нетто-стока углерода.
Ключевые слова: городские почвы, конструктоземы, черноземы (Haplic Chernozems), эмиссия углекислого газа
И.А. Сморкалов, Е.Л. Воробейчик Влияние промышленного загрязнения на пространственную неоднородность дыхание почвы лесных экосистем // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1116-1127. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600403
Впервые исследовано влияние отдельных деревьев на дыхание почвы и лесной подстилки в лесах, загрязненных тяжелыми металлами от выбросов медеплавильного завода. Тестировали гипотезу об уменьшении связанного с положением относительно ствола дерева компонента пространственной дисперсии дыхания на загрязненных участках по сравнению с фоновой территорией. Исследованы елово-пихтовые и березовые леса южной тайги, подверженные многолетнему загрязнению выбросами Среднеуральского медеплавильного завода (г. Ревда, Свердловская область). Точки измерения располагали возле модельных деревьев ели и березы на разном удалении от ствола дерева (приствольный участок, середина проекции кроны, окно в пологе древостоя). В каждой точке измеряли общую эмиссию CO2, дыхание подстилки, ее вклад в дыхание почвы, удельную дыхательную активность подстилки и ее запас. На фоновой территории дыхание почвы снижается от ствола дерева к окну. Тестируемая гипотеза подтверждена лишь частично: в еловых лесах доля дисперсии дыхания почвы, объясняемая положением относительно ствола дерева, снижалась при увеличении загрязнения, но в березовых не менялась. Снижение роли положения относительно ствола дерева в еловых лесах связано с уменьшением удельной дыхательной активности подстилки, хотя запас подстилки был существенно больше возле ствола по сравнению с окном. Чтобы уменьшить возможное смещение оценок дыхания почвы предложено располагать точки измерения в подкроновых участках, т.е. на достаточном удалении от стволов деревьев и вне окон в пологе древостоя.
Ключевые слова: лесная подстилка, пространственная структура, медеплавильный завод, тяжелые металлы, Stagnic Retisols
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЫХАНИЯ ПОЧВ
И. В. Припутина, П. В. Фролов, В. Н. Шанин, С. С. Быховец, И. Н. Курганова, В. О. Лопес де Гереню, Д. В. Сапронов, Е. В. Зубкова, Т. Н. Мякшина, Д. А. Хорошаев Имитационное моделирование дыхания лесных почв на примере дерново-5 подбура хвойно-широколиственного леса в Южном Подмосковье // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1128-1142. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600439
Рассмотрены результаты расчетов гетеротрофного (HR) и общего дыхания дерново-подбура (Entic Carbic Podzol) под хвойно-широколиственным лесом в южном Подмосковье (54.89° N, 37.56° E), выполненные на основе почвенной модели Romul_Hum и новой версии системы моделей EFIMOD3. Результаты моделирования хорошо коррелируют с данными полевых измерений почвенного дыхания. Модель Romul_Hum лучше воспроизводит интенсивность HR исследуемой почвы во влажные годы, чем в засушливые, когда оценки HR завышаются. Пространственно-детализированное моделирование гетеротрофного и корневого дыхания с использованием EFIMOD3 учитывало вариабельность запасов и потоков углерода, связанную с неоднородностью распределения опада и гидротермических условий под пологом леса. Полученные данные показывают, что интенсивность HR в начале и середине вегетационного сезона различается примерно вдвое, а величины HR между разными участками имитационной площадки в один и тот же срок – более чем в 3.5 раза. Пространственная и временнáя изменчивость гетеротрофного дыхания почв влияет на точность оценок баланса углерода в лесных экосистемах. Использованные модели являются эффективным инструментом анализа изменений почвенных запасов углерода, дыхания почв и оценки стока углерода в лесных экосистемах, в том числе в задачах управления лесами.
Ключевые слова: гетеротрофное дыхание почв, пространственная и временнáя вариабельность, Entic Carbic Podzol, структура растительных сообществ, пространственно-детализированное моделирование, EFIMOD3, Romul_Hum
Güzel Yılmaza, and Ali Volkan Bilgilib ''Modeling of CO2 Emissions of Soils under Newly Established, Non-Irrigated and Irrigated Urban Turfgrass Management in SE of Turkey,'' Eurasian Soil Science, 56 (9), - (2023). https://doi.org/10.1134/S1064229323600100
The areas under turf grass increase with the increase in rapid urbanization rate. Therefore, accounting for their contribution to greenhouse gas emission to atmosphere is needed. Information in this area is rather limited. This study aimed to quantify and model two years long term (2016-2017) temporal variations in soil CO2 emissions from newly established turf grass area under semiarid conditions and to assess the influence of irrigation on the soil CO2 respiration. The measurements were obtained from irrigated and non-irrigated plots with respect to meteorological variables (air temperature, soil temperatures at different depths, rainfall and relative humidity) and the field soil moisture data using classical and Stepwise MLR models. Potential use of available auxiliary meteorological and field soil moisture data for the estimation of future CO2 emissions were also investigated using Artificial Neural Network (ANN) models whose accuracy was tested using independent data sets. Two years of continuous measurements revealed that CO2 emissions highly varied seasonally from 318 to 2621 kg ha-1 week -1 for irrigated and from 390 to 1711 kg-1 ha-1 week-1 for non-irrigated plots, respectively, with 31% more emissions from irrigated plots compared to non-irrigated ones. Overall the models constructed using measured soil CO2 emissions from irrigated and non-irrigated managements. Inclusion of the soil field moisture data did not significantly impact the results. ANN models were able to moderately successfully estimate CO2 emissions.
Keywords: Turf grass, soil, irrigation, CO2 emissions, modeling, MLR, ANN, Turkey
ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО И МИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ
И.М. Рыжова, М.А. Подвезенная, В.М. Телеснина, Л.Г. Богатырев, О.В. Семенюк Оценка запасов углерода и потенциала продуцирования СО2 почвами хвойно-широколиственных лесов // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1143-1154. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600713
Проведена оценка запасов углерода в почвах хвойных и лиственных лесных экосистем, агроценозов, залежей и пойменных лугов территории агробиостанции МГУ “Чашниково”. Определены типологическая принадлежность, запасы, содержание детрита и соотношение мощностей (запасов) подгоризонтов лесных подстилок, как индикаторов интенсивности разложения органического вещества. Получены оценки запасов общего органического углерода в слоях 0–30 и 0–100 см минерального профиля и запасов углерода биологически активного органического вещества в слое 0–20 см расчетным путем по данным о содержании общего углерода. Выявлено максимальное накопление органического углерода в лесных подстилках и умеренное – в минеральной части профиля дерново-подзолистых почв хвойных лесов. Запасы углерода лесной подстилки ельников отличаются почти в 10 раз в зависимости от местоположения в тессере. Минимальным накоплением углерода характеризуются подстилки почв луговых биогеоценозов, как суходольных, так и пойменных. Аллювиальные серогумусовые почвы пойменных лугов характеризуются максимальными запасами общего углерода и углерода биологически активного органического вещества. Потенциал продуцирования почвой углекислого газа, определенный по данным о структурных и функциональных характеристиках подстилки и запасах углерода биологически активного органического вещества в верхнем (0–20 см) слое почв, зависит от сочетания нескольких факторов: типа растительности, степени гидроморфизма и характера сельскохозяйственного использования в прошлом или настоящем. В почвах хвойных лесов по сравнению с лиственными ниже скорость разложения подстилки из-за особенностей биохимического состава опада, поэтому они имеют более низкий потенциал продуцирования СО2. Почвы естественных травяных биогеоценозов, особенно пойменных лугов, являются максимальными потенциальными продуцентами углекислого газа за счет интенсивного разложения растительного опада и повышенных запасов углерода биологически активного органического вещества.
Ключевые слова: углерод почв, запасы почвенного органического вещества, лесные подстилки, климатически активные газы, Retisol, Fluvisols
В. М. Семенов, Т. Н. Лебедева, Д. А. Соколов ,Н. Б. Зинякова, В. О. Лопес де Гереню, М. В.Семенов Измерение почвенных пулов органического углерода, выделенных био-физико-химическими способами фракционирования // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1155-1172. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600427
Исследования проводили с образцами разных горизонтов дерново-подзолистой почвы (Albic Retisol) и типичного чернозема (Haplic Chernozem), отобранными под естественными угодьями и пашней. Определяли содержание углерода в структурных (твердые органические частицы размером 2– 0.05 мм, CРОМ и минерально-ассоциированное органическое вещество размером <0.05 мм, CМАОМ) и процессных (потенциально-минерализуемое органическое вещество, С0 и микробная биомасса, Смик) пулах. В гумусовом горизонте целинной и пахотной дерново-подзолистой почвы в пулах СРОМ, СМАОМ, С0 и Смик содержалось соответственно 38 и 24, 56 и 72, 5.9 и 5.6, 1.2 и 1.3% от Сорг. Размеры этих пулов в целинном и пахотном черноземе составляли соответственно 42 и 30, 53 и 68, 3.6 и 2.8, 0.5 и 0.5% от Сорг. Несмотря на небольшую массу фракции твердых органических частиц, эмиссионный потенциал СРОМ пула был соизмерим СМАОМ пулу с большей по массе фракцией минерально-ассоциированного органического вещества. Предложена методика количественного разделения почвенного органического вещества (ПОВ) на активный, промежуточный (медленный) и пассивный пулы. Размеры активного пула ПОВ устанавливаются по содержанию Смик и С0, размеры пассивного пула – по содержанию химически неокисляемого органического вещества в CРОМ и CМАОМ фракциях, а промежуточного пула рассчитываются по разнице между валовым органическим углеродом и суммой активного и пассивного пулов. В активном, промежуточном и пассивном пулах исследуемых почв содержалось соответственно 1–7, 51–81 и 13–48% от Сорг без особых различий между разными землепользованиями.
Ключевые слова: почвенное органическое вещество, секвестрация, депонирование, органическое вещество твердых частиц, минерально-связанное органическое вещество, потенциально-минерализуемое органическое вещество, микробная биомасса
И. Д. Гродницкая, В. А. Сенашова, Г. И.Антонов, Г. Г. Полякова, О. Э. Пашкеева, Н. В. Пашенова Биоиндикация состояния темно-серой почвы в сосняках Красноярской лесостепи при антропогенном воздействии // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1173-1189. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600415
Биологическую активность темно-серой почвы исследовали в 100-летнем сосняке разнотравно-зеленомошном Погорельского бора Красноярской лесостепи. В 2017 г. в сосняке были проведены выборочные рубки, а в мае 2022 г. произошел сильный пожар. Для улучшения лесовосстановления и повышения биологической продуктивности почвы на вырубленные и горевшие участки вносили биоудобрение на основе опилочно-почвенного субстата с микопродуктом и мочевиной (ОПСМ + М). На экспериментальных участках (пасека, волок, фон) проводили ежегодный учет самосева сосны. Биоиндикацию состояния почвы оценивали на основании общей численности и соотношения долей эколого-трофических групп микроорганизмов, активности ферментов, содержания микробной биомассы, интенсивности базального дыхания и удельного дыхания микробной биомассы. Внесение биоудобрения на вырубленные участки способствовало подщелачиванию почвы на 0.2–0.4 ед., сохранению влажности, увеличению содержания азота (на 5–14%) и микробной биомассы (в 1.2–1.6 раза) по сравнению с контрольными вариантами. Воздействие биоудобрений на всхожесть и рост самосева сосны отмечено на второй год после внесения: на опытных участках самосева было в 4–6 раз больше, чем на контрольных. Поступление в почву обгоревших растительных остатков, углей и золы в первую неделю после пожара привело к активизации микроорганизмов-карботрофов, которые увеличивали общую численность микроорганизмов, микробную биомассу, активность уреазы и инвертазы. Однако к концу вегетационного периода отмечали снижение микробиологической активности, что указывало на постпирогенную депрессию микробоценозов. Внесение биоудобрения на сгоревшую поверхность участков нивелировало влияние пирогенного воздействия и стимулировало образование всходов сосны обыкновенной, количество которых было достоверно больше, чем на контрольных участках. Установлено, что универсальными биоиндикаторами, адекватно отражающими состояние почвы после всех антропогенных воздействий, были микробная биомасса, удельное микробное дыхание, ферментативная активность и общая численность микроорганизмов. Специфической биоиндикацией состояния почвы после пожара являлось увеличение доли бактерий Serratia plymuthica, Bacillus mycoides и грибов родов Trichoderma, Penicillium и Mortierela.
Ключевые слова: темно-серая почва (Haplic Greyzems), рубки, пожар, биоудобрение, дыхательная и ферментативная активность, микроорганизмы-карботрофы, биоиндикаторы состояния почвы
Е. В. Смирнова, К. Г. Гиниятуллин, Р. В. Окунев, А. А. Валеева, С. С. Рязанов Оценка направленности и механизмов влияния внесения биоугля на почвенное дыхание в лабораторном инкубационном эксперименте // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1190-1202. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600312
В лабораторном эксперименте изучали влияние биоугля (БУ) на субстрат-индуцированное дыхание (СИД) почв. В опыте использовали 10 образцов БУ, полученных из древесных и травянистых материалов в двух режимах пиролиза. Интенсивность СИД определяли через 3 сут, 3 и 6 мес. инкубации. При кратковременной инкубации не наблюдалось влияния БУ на СИД. Исключением был вариант с внесением БУ на основе кукурузы, в котором наблюдалось увеличение СИД на 34.6%. При инкубации в течение 3 мес. обнаруживалось значимое увеличение СИД (от 30.4 до 54.8%) при внесении пяти БУ. При инкубации в течение 6 мес. значимое увеличение СИД (от 30.4 до 65.9%) наблюдалось при внесении восьми БУ. Для оценки свойств БУ, оказывающих влияние на СИД, использовали Лассо регрессию и 23 показателя свойств БУ в качестве потенциальных предикторов. Обнаружено, что при трехдневной инкубации положительное влияние на СИД оказывают следующие свойства БУ: содержание окисляемого органического вещества, обменного кальция и рН водной суспензии, а слабое отрицательное – содержание обменного натрия. При инкубации в течение 3 мес. наблюдается положительное влияние окисляемого органического вещества, а через 6 мес. – содержания золы. Поскольку в опытах наблюдалось только положительное статистически значимое влияние БУ на СИД, cделаy вывод, что для объективной оценки эффективности их использования для секвестрации СО2 в почвах необходимы балансовые расчеты, в которых наряду с количеством внесенного в почвы с БУ устойчивого углерода, должно учитываться потенциальное увеличение эмиссии СО2 из почв за счет активации почвенной сапрофитной микробиоты.
Ключевые слова: секвестрация атмосферного углерода, биоуголь, субстрат-индуцированное дыхание почв, регрессионный анализ
Почвоведение №7, 2023
Генезис и география почв
В.М. Телеснина, О.В. Семенюк, Л.Г. Богатырев Подстилки и живой напочвенный покров как информационные характеристики в биогеоценозах мелколиственных лесов Московской области // Почвоведение. 2023. № 7. С. 801-814. https://doi.org/10.31857/S0032180X2260158X
Изучены эколого-ценотическая структура живого напочвенного покрова и структурно-функциональные особенности лесных подстилок для трех типов леса: березняка волосисто-осокового, березово-осинового леса волосисто-осокового, березняка щучкового, образующих последовательный ряд по мере увеличения гидроморфизма в пределах склона приводораздельной депрессии. Экологическая характеристика живого напочвенного покрова основана на группировке эколого-ценотических свит по А.А. Ниценко и экологических шкал Л.Г. Раменского и Х. Элленберга. Увеличение гидроморфизма сопровождается ростом эколого-ценотического разнообразия. Общий балл трофности возрастает в условиях высокого гидроморфизма в сочетании с низкими баллами отношения к кислотности по Х. Элленбергу. Напротив, максимальные баллы по этим показателям, при высоком варьировании, принадлежат березово-осиновому лесу, занимающему промежуточные позиции в ряду возрастающего гидроморфизма. Для изученных насаждений характерны деструктивные и ферментативные подстилки. По мере усиления гидроморфизма запасы подстилок увеличиваются с 400 до 1400 г/м2 с одновременным возрастанием доли детрита в подгоризонте L. Около 60% от всего запаса органического вещества, сосредоточенного в подстилках мелколиственных насаждений, приходится на легкоразлагаемые фракции. Максимальная зольность характерна для фракции детрита подгоризонта L. Параметры экологической характеристики, положенные в основу метода главных компонент, показали хорошую группировку изученных фитоценозов по степени увлажненности, особенно при использовании общих свойств подстилок (запасы, мощность, доля детрита). Выявлена целесообразность использования свойств подстилок при установлении сходства и различия изученных фитоценозов как характеристик, интегрально отражающих особенности увлажнения. Параметры живого напочвенного покрова в сопряжении с рядом структурных и функциональных особенностей лесных подстилок являются индикаторами степени гидроморфизма.
Ключевые слова: наземный детрит, биологический круговорот, гидроморфизм, Albic Gleyic Retisols,Albic Gleyic Histic Retisols
Химия почв
Черноусенко Г. И., Хитров Н. Б., Панкова Е. И. Магний в засоленных гипссодержащих почвах России // Почвоведение. 2023. № 7. С. 815-830. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600026
Статистический анализ 3802 образцов засоленных почв разных регионов России позволил обосновать наблюдения о более высокой доле магния в почвах, содержащих гипс по сравнению с засоленными почвами, не содержащими гипс. Гипс не является токсичной солью и его наличие не приводит к росту засоления. Увеличение степени засоления в основном связано с солями натрия и магния, при этом чаще доля натрия превышает долю магния. Статистически обосновано, что в исследованных засоленных почвах, не содержащих гипс, среди катионов в водной вытяжке (1 : 5) доминирует натрий при любой степени засоления. Появление гипса в профиле почвы сопровождается значительным увеличением доли магния. При слабой и средней степени засоления в горизонтах, содержащих гипс более 1%, по медиане, а также среднему арифметическому, верхнему квартилю и максимуму доля магния от суммы натрия и магния в водной вытяжке (1 : 5) часто составляет более 50%. Даже при сильной и очень сильной степени засоления доля магния в гипссодержащих горизонтах значительна и составляет по медиане 43 и 31% соответственно, что в 5.8–6.7 раз больше, чем доля магния в безгипсовых горизонтах такой же степени засоления.
Ключевые слова: гипс, химизм засоления, степень засоления, катионы, анионы, магний, натрий,
водная вытяжка, Calcic Gypsic Chernozem, Calcic Gypsisol, Haplic Gypsisol
А. В. Исаев, Ю. П. Демаков, Р. Н. Шарафутдинов Особенности элементного состава аллювиальных
почв среднего течения р. Большая Кокшага, бассейн Волги // Почвоведение. 2023. № 7. С. 831842. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601505
Оценено содержание химических элементов в аллювиальных почвах среднего течения р. Большая Кокшага, наследующих состав от литологической основы двух минералого-геохимических провинций Центрально-Русской и Приуральской, что позволило установить пределы содержания валовых форм элементов и их фоновые концентрации, заложить основу для ведения мониторинга по контролю за состоянием окружающей среды на территории заповедника “Большая Кокшага”. В аллювиальных почвах и песках береговых отмелей установлено содержание 34 химических элементов, из которых наиболее распространенными являются Si, Al, Fe, Ca, K, Mg, Na, Ti, Mn, P, S с содержанием >1 г/кг. Концентрации многих элементов достоверно различаются по типам почв, наибольшее сходство выявлено между луговыми и перегнойно-глеевыми. По сравнению с аллювиальными почвами пески береговых отмелей характеризуются максимальным содержанием Si и минимальным всех остальных элементов. Дерновые почвы отличаются наименьшим содержанием элементов, за исключением Si, луговые и перегнойно-глеевые накапливают больше Al, Fe, K, Na, Mg, Ti, Mn, Ba, Cr, Zn, Ni, V и As, иловато-торфяные, представляющие собой высокоминерализованные торфяные залежи, накапливают больше Ca, S, P, Sr, Cl и Rb. Установлено, что аллювиальным почвам свойственен высокий естественный уровень содержания As, Cu, V, P, Zr, Ni и Zn, превышающий кларки (Кк = 1.5–2), и низкий – Al, K, Mg, Ti, Sr, Rb, Na, Cl и Ca (Кк < 1), содержание остальных элементов сопоставимо с кларковыми значениями.
Ключевые слова: пойменные экотопы, Fluvisols, химические элементы, кларки концентрации, фоновые концентрации
Understanding the distribution characteristics and influencing factors of labile soil organic carbon (LSOC) and its factors in seismic fault zones are important for understanding the changes of soil carbon balance in the region. Soil samples were collected to a depth of 50 cm in the northern part of the Longmenshan seismic fault zone as the research object, to investigate the profile distribution of LSOC and its relative proportion in soil organic carbon (SOC). The results showed that the effects of pH and soil water content (SWC) on SOC and its components were related to soil depth. The content of SOC and LSOC were negatively correlated with soil pH and positively correlated with SWC. Significant differences in the contents of SOC and LSOC were found between horizons. The content of SOC and LSOC decreased with soil depth within 50 cm soil profiles; while the proportion of LSOC to SOC increased. Oxidation stability coefficient (KOS) of SOC were significantly different between different soil layers and decreased with soil depth. The significant correlations between SOC and LSOC suggested that correlations between hot water extractable organic carbon (HEOC), cold water extractable organic carbon (CEOC), dissolved organic carbon (DOC), oxidizable organic carbon fraction (ROC), microbial biomass carbon (MBC) and SOC varied with soil depth. Notably, SOC in topsoil and bottom soil was highly correlated with HEOC and CEOC, respectively. LSOC and SOC in Longmenshan seismic fault showed obvious vertical distributions and the relationship between LSOC and SOC was related to soil depth. Besides, the correlation of SWC and pH with LSOC also varied with soil depth. Keywords: soil labile organic carbon, soil physicochemical properties, distribution characteristic, soil profile
Understanding the factors controlling soil total N (TN) is helpful in simulating N cycling at local and regional scales. This study was conducted with the aim to; (i) understand the distribution of TN in specific soil horizons (A and B horizons) of three reference soil groups: Acrisols, Cambisols and Ferralsols, common in humid tropical environments, and (ii) to identify factors controlling TN variations among the various soil groups. Twenty-eight Acrisols, 21 Cambisols and 8 Ferralsols profiles spanning a wide range of precipitation gradients, vegetation type/land use and parent materials, from the Northwestern Highlands (NWH) of Cameroon were considered. Soil properties were analyzed following standard procedures. TN had very high coefficients of variation (>35%) in all the reference soil groups (RSGs), with highest mean TN (0.31 ± 0.03%) observed in the A horizons of Acrisols and the lowest (0.05 ± 0.01%) in B horizons of Ferralsols. Variations in TN content were significantly (p < 0.05) influenced by parent material, land use type, precipitation and slope gradient. In surface (A) horizons of all the RSGs, TN correlated positively and significantly with clay (p < 0.05), silt (p < 0.01) and soil organic carbon (SOC) (p < 0.01), and negatively with sand (p < 0.01). This observation was slightly different in subsurface (B) horizons. This study provides data which contributes to a better understanding of soil fertility in tropical highlands.
Keywords: soil fertility, Acrisols, Cambisols, Ferralsols, tropical soils, Western Africa
Физика почв
В. В. Малышев, А.О. Алексеев Сравнение площадных и профильных показателей магнитной восприимчивости степных почв Восточно-Европейской равнины // Почвоведение. 2023. № 7. С. 843-852. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601591
С целью развития методов поверхностного зондирования почв выполнен сравнительный анализ площадных и профильных измерений магнитной восприимчивости на участках 100 м2. Проведено исследование 3 площадок с черноземами обыкновенными (Haplic Chernozems), черноземами южными (Haplic Chernozems) и светло-каштановыми почвами (Haplic Kastanozems (Endosalic, Cambic)). Дополнительно на территории Ергенинской возвышенности изучена катена, включавшая элювиальную, трансэлювиальную и трансэлювиально-аккумулятивную позиции ландшафта. Результаты площадных измерений магнитной восприимчивости ( ) с использованием прибора KT-20 с датчиком 3F-32 (Tеrraplus) коррелируют (R2 = 0.7) с профильными измерениями в полевых и лабораторных условиях. Показано, что площадной тип съемки корректно фиксирует объемную магнитную восприимчивость до глубины 30 см. Вариация на площадках с различными типами почв в основном отражает почвенно-климатическую зональность и пространственную неоднородность, выраженную в различном гранулометрическом и минералогическом составах слоя 0–30 см на площади 10 × 10 м. Площадная магнитная восприимчивость почв может являться важным дополнительным показателем, способным отразить особенности почвообразующих и ландшафтно-геохимических процессов, происходящих в верхнем слое почвы. Варьирование на площадках в различных позициях ландшафта происходит под влиянием плоскостного смыва и изменения направленности процессов оксидогенеза железа в зависимости от положения почвенного профиля в рельефе. Комплекс измерений площадной и профильной магнитной восприимчивости может применяться для изучения возможных нарушений поверхностного слоя почв и мониторинговых задач.
Ключевые слова: черноземы, каштановые почвы, соединения железа, магнетизм почв, пространственная неоднородность
This study is aimed to compare the hydrophysical properties of Cambisols and wheat yield on plots
under different soil management strategies. The soil (0–20 cm) consists of 21% sand, 37% silt, and 42% clay. This experiment was conducted with three tillage system types (TST) in main plots (reduced tillage using combined tillage: T1, reduced tillage comprised of chisel plough: T2 and conventional tillage: T3), three harvest residue covers (HRC) in sub-plots (no residue: C1, 40% wheat residue: C2, and 80% wheat residue: C3), and three implement forward speeds (IFS) in sub-subplots (4 km/h: S1, 7 km/h: S2, and 10 km/h: S3). Infiltration tests were performed by single-disc tensions infiltrometer with a diameter of 20 cm at successive applied matric suction (h) of 20, 14, 4, 1, and 0 cm. Mean comparison results showed that soil organic matter decreased in T3 treatment, due to soil aggregate degradation. T3, C3, and S3 treatments increased the hydraulic conductivity at matric suction (h) of 1 cm by increasing the number of macropores per unit area and their contribution to the saturated water flux. In contrast, T1 treatment increased hydraulic conductivity at h of 4, 14, and 20 cm by increasing the number of meso- and micropores. The contribution of micropores to the saturated water flux, hydraulic conductivity at h = 20 cm were higher in residual-cover-free plots. Hydraulic conductivity at h of 1, 4, and 14 cm increased with increasing HRC due to an increase in the number of macro- and mesopores and their contribution to the saturated water flux. Macroscopic capillary length ( ) under T1, T2 and S1 was more than those under T3 and high IFS. T3 treatment also reduced likely due to its destruction effects on pore continuity. The application of T2, C2, and S2 treatments led to maximum wheat yield, likely by minimizing mechanical manipulation, reducing evaporation and improving soil moisture conditions.
Keywords: tillage systems, residual cover, unsaturated hydraulic conductivity, macroscopic capillary length
Биология почв
А. П. Власова, К. В. Павлов, Е. В. Морачевская, Д. Н. Липатов, Л. А. Поздняков, Н. А. Манучарова Изменение структуры прокариотного сообщества нефтезагрязненного чернозема при внесении нитрата и хлорида калия // Почвоведение. 2023. № 7. С. 853-863. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601165
В лабораторном эксперименте изучено влияние солей нитрата и хлорида калия на структуру метаболически активного прокариотного сообщества чернозема, загрязненного нефтью. Объектами исследования служили образцы чернозема, отобранные в Воронежской области. Рассматривали филогенетическое и функциональное разнообразие прокариотного комплекса чернозема, загрязненного нефтью, при внесении нитрата и хлорида калия в условиях слабощелочной реакции среды. Загрязнение чернозема нефтью в количестве 5% от массы почвы приводило к подщелачиванию среды от 7.1 до 7.9. Внесение нитрата и хлорида калия, как раздельно, так и совместно в суммарной дозе 2 ммоль/100 г почвы снимало этот негативный эффект. Совместное внесение нитрата и хлорида калия приводило к двукратному увеличению биомассы метаболически активных клеток прокариот и числа копий функциональных генов, отвечающих за синтез ферментов алканмонооксигеназ, участвующих в разложении нефти. В присутствии нефти выявлено формирование специфического комплекса бактерий, в котором преобладали представители Actinobacteria (Rhodococcus erythropolis) и Alphaproteobacteria (Bradyrhizobium japonicum). Rhodococcus erythropolis и Bradyrhizobium japonicum, являясь автохтонными организмами в незагрязненной почве, начали занимать доминирующие позиции в нефтезагрязненных образцах, а внесение нитратов усилило этот эффект.
Ключевые слова: ремедиация нефтезагрязненных почв, типичный чернозем, прокариоты, легкорастворимые соли, функциональные гены, алканмонооксигеназы
Zhen Guo, Jiancang Xie , Jichang Han, and Yang Zhang''Soil Bacterial Community Structure and its Driving Factors in Biological Crust Under Different Planting Patterns,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229323600215
Biological soil crust can effectively prevent wind erosion of sand and soil, which is of great significance to ecological restoration in desert areas. There have been few studies that have screened different planting patterns by analyzing biological crust properties. In this study, high-throughput sequencing was used to analyze the bacterial 16S rRNA community structure of biologically crusted soil in sandy bare land (CK), planting corn soil crust (CB), planting potato soil crust (TB) and planting alfalfa soil crust (AB), and nutrient profiles of each soil type were also analyzed. The results showed that soil nutrient content was significantly increased by the biological layer, and the organic matter, available phosphorus, and available potassium contents were significantly increased. In terms of bacterial communities, the TB treatment had more endemic genera (100). The top 10 phyla in terms of relative abundance accounted for around 95% of the total community, with Actinobacteria being the highest. The community structure of CB and AB was similar, and the diversity and richness indices of CB were significantly increased compared to those of CK. The available phosphorus and total nitrogen were found to be the main factors affecting bacterial community structure. The dominant role of Actinobacteria was mainly determined by pH. Overall, the results show that corn planting could be most helpful in the early restoration period of sandy land.
Keywords: bacterial diversity, nutrient, soil crust, native plant, sandy land
Агрохимия и плодородие почв
Habtamu M. ''Effects of Land Use and Landscape Position on Soil Properties in Dire Watershed, Central Highlands of Ethiopia,'' Eurasian Soil Science. https://doi.org/10.1134/S1064229322602645
Understanding soil qualities related to land use and landscape positions is critical for designing long term soil management practices. The research was set out with the objective of analysing the effect of land use and landscape positions on selected soil physicochemical properties in Dire watershed, central highland Ethiopia. Replicated 27 composite surface soil samples were collected across three landscape positions from three land use types (cultivated land, grazing land and forest land) and analyzed using standard protocols. Results showed that land use type, altitude and slope significantly affect important soil physicochemical properties. These include particle size distribution, bulk density (BD), electrical conductivity (EC), soil pH, available water content (AWC), permanent wilting point (PWP), field capacity, soil organic carbon (SOC), total Nitrogen (TN) and available phosphorus (AP). Analysis of variance results showed that significant (p < 0.05) effect of slope, land use, landscape position and their interaction on AP, SOM, SOC, PWP and AWC. Results of correlation analysis showed that SOC, and EC have a significant positive correlation with TN but, AP, TN, and clay content were negatively correlated with BD. Comparatively cultivated land recorded lower soil quality than forest and grazing lands.
Keywords: available phosphorus, bulk density, soil degradation, soil organic carbon, soil quality total Nitrogen
М.А. Эдомская, С.Н. Лукашенко, А.А. Шупик, С.Г. Шаповалов Накопление плутония растительностью на разных почвах // Почвоведение. 2023. № 7. С. 864-871. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601463
Высокая вариабельность коэффициентов накопления плутония, представленных в литературных источниках, делает актуальным исследования по определению механизмов, влияющих на миграционную способность и доступность его для растительности. Изменчивость коэффициентов переноса объясняется различными свойствами почв, поскольку окислительно-восстановительный потенциал и кислотность почвы могут существенно влиять на подвижность плутония. В вегетационном опыте изучена миграция плутония в системе почва–сельскохозяйственное растение для разных почв. Анализ содержания 239+240Pu проводили методом альфа-спектрометрии с предварительным радиохимическим выделением. Определены показатели миграции Pu с использованием в качестве тест-культур ячменя (Hоrdeum) и бобов (Fabaceae). Полученные в ходе вегетационных опытов коэффициенты накопления плутония находятся в диапазоне 3.1 × 10–4–6.8 × 10–3 при среднем значении 3.8 × 10–3 – для надземной части ячменя; 9.2 × 10–3–7.6 × 10–2 при среднем значении 3.8 × 10–2 – для корневой системы ячменя. Для надземной и корневой частей бобов диапазон коэффициента накопления составил 1.5 × 10–3–5.7 × 10–3 при среднем значении 3.7 × 10–3 и 5.8 × 10–2– 6.5 × 10–2 при среднем значении 6.2 × 10–2 соответственно. Определено, что характер распределения плутония по вегетативным органам рассматриваемых культур неоднородный. В среднем коэффициент накопления плутония для надземной части растений в 40 раз меньше, чем для корневой. Установлено, что накопление плутония надземной частью растений, произрастающих на разных типах почв, неодинаково для отдельных видов/органов сельскохозяйственных растений. Для надземной части рассматриваемых сельскохозяйственных культур коэффициенты накопления различаются до нескольких порядков. В целом накопление плутония растительностью, произрастающей на разных типах почв, располагается в следующем ряду: дерново-подзолистая (Retisol) и серая лесная (Phaeozem) > болотная торфяная низинная (Histosol) чернозем типичный (Chernozem). Наименьшее накопление плутония растительностью наблюдается в почвах с большим содержанием органического вещества. Для корневой части зависимость коэффициентов накопления плутония от свойств почв неоднозначна.
Ключевые слова: Pu, коэффициент накопления, система почва–растение, ячмень, бобы
Деградация, восстановление и охрана почв
Н.Н. Иванова, Д.В. Фомичева, Д.И. Рухович, Е.Н. Шамшурина Ретроспективный анализ истории земледельческого освоения и оценка темпов эрозии почв в бассейне р. Локна, Тульская область // Почвоведение. 2023. № 7. С. 872-886. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601475
По литературным и архивным данным прослежена динамика распаханности Тульской области/губернии в целом и отдельных ее уездов. Установлено, что массовое земледельческое освоение южной части современной Тульской области началось не ранее середины XVII в. По картам разных лет создания определены изменения площади пашни в бассейне р. Локны (Плавский район Тульской области) с конца XVIII в. до настоящего времени. Достоверность полученных величин распаханности территории подтверждена литературными данными. Реконструирован состав полевых культур и изменения систем земледелия в течение рассматриваемого периода, выявлена значительная консервативность этих показателей: паровое трехполье господствовало на протяжении XIX в. и первой половины XX в., преобладание ржи в озимых посевах и овса в яровых сохранялось до 1970-х гг. По WaTEM/SEDEM с использованием в качестве входных параметров основных факторов эрозии, реконструированных на основе исторических данных, рассчитаны интенсивность и объемы ливневого смыва для выделенных этапов освоения бассейна р. Локна. С целью сравнения результатов с литературными данными для периода 1980–1993 гг. рассчитаны темпы и объемы талого смыва. Проведена оценка достоверности реконструированных параметров модели для отдаленных исторических эпох. Проведен анализ исторических изменений факторов и темпов эрозии. Установлено, что максимум распаханности и интенсивности проявления эрозионных процессов в бассейне р. Локны наблюдался в последней четверти XIX–начале XX вв. Выявлено влияние расположения пахотных угодий относительно элементов рельефа на величины темпов и объемов смыва.
Ключевые слова: площадь пашни, состав севооборотов, ретроспективное моделирование ливневой эрозии, WaTEM/SEDEM, Luvic Chernic Phaeozems, Luvic Greyzemic Chernic Phaeozems
Arshad A., Jamaludheen V., Kunhamu T.K., Beena V.I. and Surendra gopal K. ''Comparison of Soil Chemical Properties in Five Different Land Use Systems after Flooding: a Case Study from South India,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322602244
Climate change is visible as climatic events like flood and drought. Floods have a major impact on soil properties by altering them through dilution, transporting and deposition of minerals. Kerala had a flood on August 2018 with a different duration or temporal variation from three to seven days due to heavy and unexpected rain from June to mid of August 2018, that triggered large landslides on that month. The current study was focussed on the impact of flood on soil chemical properties (pH, soil EC, organic carbon, available NPK) at Thrissur district of Kerala in forest, rubber, nutmeg (homegarden), coconut and open land use systems. Soil samples were collected from flood affected and adjacent non flood affected of these land use systems from 0–20 cm depth after six months of flood and analyzed chemical properties according to standard methods. The result of soil pH analysis showed a greater significant decrease in coconut plantation (6.28 to 4.94) after flood. Forest, rubber and homegarden showed an increase in organic carbon (OC) (0.22, 0.77, 0.45% respectively), available P (36.85, 32.6, 38.42 kg/ha respectively). Forest showed a higher amount of available N (84 kg/ha) after flood while rubber, nutmeg and open land use systems showed a decrease in available nitrogen (201.6, 107.1, and 207.9 kg/ha decrease respectively. Forest (196.6 kg/ha), rubber plantation (299.4 kg/ha), nutmeg plantation (292 kg/ha), coconut plantation (421.4 kg/ha) and open condition (125.7 kg/ha) showed a decrease in available K content after flood. Tree based land use systems showed a remarkably better resilience or masked the ill effect of flood very quickly compared to other systems. Integration of shade tolerant species (Grewia robusta, Ailanthus triphysa and Vateria indica) in coconut plantation would help the plantation to adapt flood like situation from soil nutrient loss, also it would increase the productivity of land by maximum utilisation of land resources.
Keywords: flooding, Kerala, climate change, land use system, available NPK, organic carbon, soil EC, soil pH
Xiaolin Jia, Modian Xie, Bifeng Hu, Hongyi Li, Xiangyu He, Wanru Zhao, Wanming Deng, Junjie Wang ''Potential Risk Evaluation for Soil Environmental Quality Assessment in China Based on Spatial MultiCriteria Decision-Making Theory,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322601809
Soil environmental quality assessment traditionally focuses on a single objective. Therefore, related results only reflect the pollution of the assessment objective and ignore the interaction and relationships between soil, ecology, and human health. In this study, we collected and filtered data about heavy metal content (Cr, Pb, Cd, Hg, As, Cu, Zn, and Ni) in city soils from more than 1000 published papers. Spatial multi-criteria decision-making theory was used to establish the combined evaluation model of soil environmental quality using the geochemical accumulation, ecological risk, non-carcinogenic risk, and carcinogenic risk indexes. Our results showed that the pollution degree and elements causing most pollution were significantly different when these different methods were used for assessment. The proposed framework was able to unify the overall pollution trend in regional soil environmental quality assessment and could output more robust and reasonable assessment results of soil, ecology, and human health. The random forest model was used to analyze the potential sources for excessive accumulation of heavy metal elements in soils, and the results showed that the main potential sources were the proportion of secondary industry and urbanization rate, each with an average contribution ratio of 20%. This study provides comprehensive and specific information for the prevention and control of soil heavy metal pollution in China.
Keywords: soil pollution, heavy metal, machine learning