Почвоведение №8, 2019
Генезис и география почв
Аветов Н. А., Шишконакова Е. А. Некоторые аспекты систематики и диагностики торфяных почв бореальных болот // Почвоведение. 2019. № 8. С. 901-909. doi: 10.1134/S0032180X19080033
На основе обзора литературных источников обсуждаются подходы к систематике торфяных почв в классификациях России, Германии, FAO-UNESCO, WRB, Soil Taxonomy в сравнительном аспекте с ландшафтными классификациями бореальных болот. Среди диагностических критериев рассматриваются наиболее важные в систематике торфяных почв и болот: мощность торфа, трофность как обеспеченность элементами питания растений, трофность как ботаническое понятие, кислотность (рН) торфа и болотных вод. Предлагается установить в качестве критерия принадлежности к торфяным (болотным торфяным) почвам мощность торфа 30 см, исключить из схемы диагностики содержание в торфе элементов питания растений, вместе с тем положив в ее основу геоботанические индикаторы. В качестве последних могут выступать виды растений, как являющиеся активными торфообразователями, так и поселяющиеся на регрессивных болотах в условиях прекращения или резкого замедления торфонакопления. Рекомендуется также дополнить существующую российскую классификацию типом мезотрофных торфяных почв, а в рамках олиготрофного типа выделить наряду с существующим подтипом деструктивных почв подтип влажных регрессивных почв.
Ключевые слова: классификационные критерии, трофность, рН, мощность торфа, классификация почв, регрессивные болота, мезотрофный тип почв
Химия почв
Заварзина А. Г., Кравченко Е. В., Константинов А. И., Перминова И. В., Чуков С.Н., Дёмин В. В. Сравнение свойств препаратов гуминовых кислот, выделенных из почв щелочной экстракцией в присутствие и отсутствие кислорода // Почвоведение. 2019. № 8. С. 910-922. doi:
10.1134/S0032180X19080161
Гуминовые кислоты (ГК) составляют 30–50% органического вещества почв, которое является главным резервуаром Сорг в биосфере. ГК выделяют из почв щелочной экстракцией с последующим осаждением минеральной кислотой при рН 2. Международным обществом по изучению гуминовых веществ (IHSS) рекомендовано выделять ГК в атмосфере азота для предотвращения окислительной трансформации молекулярным кислородом в процессе экстракции. В российской школе почвоведения экстракцию в атмосфере азота или инертного газа используют редко. В настоящей работе проведено сравнение физико-химических свойств препаратов ГК, выделенных из почв 0.1 M NaOH с продувкой азотом и без его использования. Изучали ГК из горизонтов A1 двух контрастных по условиям гумусообразования типов почв: дерново-подзолистой и чернозема, являющихся зональными почвами южной тайги и степи. Проводили сравнение препаративного выхода гуминовых веществ (по Сорг), элементного, структурно-группового, функционально-группового и молекулярно-массового составов ГК, парамагнитных свойств, а также спектров поглощения в видимой, УФ- и ИК-областях. Для обеих изученных почв установлено отсутствие статистически значимых различий в количественном выходе, молекулярно-массовом распределении, спектрах поглощения в видимой, УФ- и ИК-областях между препаратами ГК, выделенными щелочной экстракцией в атмосфере азота и без его использования. В то же время элементный анализ, потенциометрическое титрование, спектроскопия ЯМР на ядрах 1H и 13С и электронный парамагнитный резонанс выявили, соответственно, более высокие отношения O : C, большее содержание хинонных и карбоксильных групп и существенно большее содержание свободных радикалов в препарате ГК дерново-подзолистой почвы, выделенном без азота. В ГК чернозема указанные различия практически отсутствуют. Полученные результаты свидетельствуют о процессах окисления компонентов щелочной вытяжки из дерново-подзолистой почвы при экстракции в присутствии О2. Гумификация в черноземах сопровождается, видимо, настолько глубокой окислительной трансформацией соединений органических остатков, что щелочные условия и присутствие молекулярного кислорода не вызывают дальнейшего окисления ГК. Применение азота для выделения ГК из минеральных горизонтов черноземов можно считать нецелесообразным. В случае дерново-подзолистых почв экстракцию в атмосфере азота следует использовать, если в дальнейшем предполагается изучать реакции окисления ГК, например, при ферментативном катализе.
Ключевые слова: органическое вещество почв, щелочная экстракция, гуминовые кислоты, элементный состав, гель-фильтрация, спектроскопия, ЯМЗ
Ефремова Т. Т., Ефремов С. П., Мелентьева Н. В., Аврова А. Ф. Формализованный анализ гумусного состояния горных торфяных почв на уровне высотных поясов // Почвоведение. 2019. № 8. С. 923-934. doi: 10.1134/S0032180X19080070
Исследован качественный и количественный состав органического вещества горных торфяных почв криогенных олиготрофных (Hyperdystric Cryic Histosols), олиго-мезотрофных (Orthodystric Histosols), мезо-эутрофных (Oligeoeutric Histosols) и эутрофных (Hypereutric Histosols) восточного макросклона Кузнецкого Алатау (республика Хакасия). Изучена высотно-поясная дифференциация и выполнена объективная группировка (кластеризация) торфяных почв по гумусному состоянию, установлены наиболее информативные признаки сходства и/или различия кластеров. Проведены последовательный анализ группового состава органического вещества методом кислотной и щелочной экстракции, оценка по системе показателей гумусного состояния почв, многомерный статистический анализ (кластерный, дискриминантный, канонический). Значимые для дискриминации показатели состояния органического вещества формируют две дискриминантные функции. Первая обладает наибольшими дискриминирующими возможностями различать кластеры (80%) и включает показатели, которые характеризуют глубину преобразования торфяных почв: степень гумификации (ΣГК + ΣФК), тип гумуса (отношение СГК/СФК), соотношение фракций гумусовых веществ (С0.02 н NaOH/C0.1 н NaOH). Функцией 1 дискриминируются кластеры торфяных почв высокогорья: мерзлотные олиготрофные альпийско-тундрового пояса (1460 м над ур. м.) и олиго-мезотрофные субальпийского пояса (1087 м). Вторая дискриминантная функция обеспечивает меньшуюдолю различия (16%) и включает показатели исходного состояния растений-торфообразователей: гемицеллюлозы и целлюлоза. Функцией 2 дискриминируются кластеры торфяных почв лесного пояса: мезоэутрофные горно-таежного пояса (832 м) и эутрофные подтаежно-лесостепного пояса (622–573 м над ур. м.). Гумусное состояние горных торфяных почв соответствует их диагностике по принципу насыщенности основаниями и величине рН, а также отражает общие признаки горного почвообразования – увеличение гумусированности с высотой, установленной ранее для почв минерального ряда.
Ключевые слова: горные торфяные почвы, органическое вещество, диагностика, формализованная классификация, многомерный статистический анализ
J. F. Song, J. X. Ru, X. P. Liu, S. P. Wu, and X.Y. Cui,* Oxalic Acid and Succinic Acid Mediate the Weathering Process of Granite in the Cold-temperate Forest Regions of Northeast China // Eurasian Soil Science. 2019. № 8. (опубликована в английской версии журнала)
H. R. Motaghiana,*, A. R. Hosseinpura and Z. Khajealia Adsorption Characteristics of Zn2+ Ions onto Different Aggregate Size Fractions of Some Calcareous Soils and Their Relationship with Soil Properties // Eurasian Soil Science. 2019. № 8. (опубликована в английской версии журнала)
F. Aghamir*, S. M. Hamidi, M.M. Tehranchi, R. Mirzaiee Combined Application of Imaging Methods for Estimating Soil Physicochemical Properties // Eurasian Soil Science. 2019. № 8. (опубликована в английской версии журнала)
Физика почв
Танасиенко А. А., Чумбаев А. С., Якутина О. П., Филимонова Д. А. Весенний дефицит влаги в профиле эродированных черноземов в зависимости от увлажнения территории юго-востока Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 8. С. 935-945. doi: 10.1134/S0032180X19080148
Установлено, что неэродированные и эродированные черноземы юго-востока Западной Сибири уходят в зиму с большим дефицитом влаги, а запасов воды в снеге к концу холодного периода вполне может быть достаточно для ликвидации создавшегося дефицита. Однако талые воды во время снеготаяния насыщают лишь верхнюю полуметровую часть почвенного профиля. Запасы почвенной влаги после снеготаяния в слоях 50–100 и 100–150 см равны предзимним запасам, а в отдельные годы меньше таковых. Полному поглощению почвами талых вод препятствует внутрипочвенная льдистая прослойка. Сделан анализ изменчивости атмосферного увлажнения за 80-летний период трех крупнейших геоморфологических районов юго-востока Западной Сибири: Новосибирского Приобья и Предсалаирья, а также Кузнецкой котловины. Выделено четыре цикла выпадения осадков холодного периода гидрологического года: первый – малоснежный (1938–1962 гг.), второй – нормально снежный (1963–1988 гг.), третий – многоснежный (1988–2012 гг.); с 2013 г. начало четвертого цикла увлажнения (очень многоснежный) территории Кузнецкой котловины, ровно, как и Новосибирского Предсалаирья и Приобья.
Ключевые слова: запас почвенной влаги, атмосферное увлажнение, сток талых вод, Luvic Chernozems (Siltic), Haplic Chernozems (Siltic)
Тархов М. О., Матышак Г. В., Рыжова И. М., Гончарова О. Ю., Бобрик А. А., Петров Д. Г., Петржик Н. М. Температурная чувствительность дыхания почв бугристых торфяников севера Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 8. С. 946-955. doi: 10.1134/S0032180X1908015X
В лабораторных условиях методами последовательного увеличения температур (ПУТ) и равных времен (РВ) изучена реакция верхних (Т1) и нижних (Т2) торфяных горизонтов торфяно-криозема (Turbic Histic Cryosol (Dystric)) севера Западной Сибири на увеличение температуры. Методом ПУТ оценен отклик скорости минерализации органического углерода (R) на последовательное увеличение температуры с 5 до 30°C, методом РВ – отклик базального (микробного) дыхания на одновременную инкубацию при 5, 15 и 25°C. По результатам экспериментов рассчитан коэффициент температурной чувствительности Q10. В гор. Т1 при повышении температуры увеличение отклика составило 91 и 84%, в гор. Т2 – 93 и 91% для методов ПУТ и РВ соответственно. Несмотря на стабильное увеличение отклика, расчет значений Q10 выявил разные закономерности температурной чувствительности. Установлено, что наибольшие значения Q10 для обоих горизонтов относятся к холодному 5–15°C интервалу температур. В большинстве интервалов температур Q10 выше для гор. Т2, чем для Т1. Для гор. Т1 в случае метода ПУТ Q10 изменялся слабо и находился в диапазоне2.7–3.0, тогда как в случае метода РВ снижался в 3.3 раза от холодного (4.9) к теплому 15–25°C (1.5) интервалу температур. Для гор. Т2 при использовании метода ПУТ Q10 также изменялся слабо и варьировал в диапазоне 3.0–3.5, а при использовании метода РВ уменьшался в 1.5 раза от холодного (4.3) к теплому (2.8) интервалу. Таким образом, метод РВ по сравнению с методом ПУТ приводит к более контрастной динамике значений Q10, что свидетельствует о его большей применимости для задач по оценке температурной чувствительности торфяных почв криолитозоны в лабораторных условиях.
Ключевые слова: торф, торфяные почвы, криолитозона, Q10, CO2, органическое вещество почв
Чжуан Я., Хартеминк А. Е., Хуан Ц. Количественная характеристика фракций крупнозема из почвенных образцов с использованием цифровых фотоснимков // Почвоведение. 2019. № 8. С. 956-965.
doi: 10.1134/S0032180X19080173
Разработан метод количественного анализа почвенного крупнозема с использованием цифровых фотоснимков. Охарактеризовано содержание и формы грубых обломков в профиле альфисоли, сформированной на лёссах, подстилаемых ледниковыми наносами. Проанализировано 45 образцов (600–1000 г почвы), отобранных с интервалом 10 см из толщи 0–150 см по трем колонкам в стенке изученного разреза. Цифровые фотографии грубых обломков обработаны в программе “ImageJ”. Определены общее число, общая площадь и средняя округлость щебней в каждом образце. Для каждого щебня определены параметры формы (округлость, лещадность, окатанность и непрямолинейность). Количественные показатели (отношения общего числа от массы и общей площади от массы щебней) неравномерно распределены по профилю, с повышенными значениями в горизонтах щебнистой морены (2C1) и смешанного моренно-лёссового материала (BC) и пониженными значениями в слоях лёсса и суглинистой морены. Около 9.6% общей массы и 14.5% общего количества щебня перемещено в результате вымораживания крупнозема из морены в вышележащую лёссовую толщу (горизонты Bt и Ap). В моренном материале (на глубине 50–110 см) разнообразие форм щебней больше, а средние величины их округлости, окатанности и непрямолинейности меньше, чем у щебней из вышележащих лёссовых горизонтов, что указывает на более быстрое вымораживание более гладких и округлых щебней. Предложенный метод обеспечивает быструю и надежную количественную характеристику почвенного крупнозема и может найти применение для интерпретации почвообразовательных процессов.
Ключевые слова: ледниковые наносы, лёссы, округлость, окатанность, морозное пучение, вымораживание крупнозема
Биология почв
Хомутова Т. Э., Дущанова К. С., Смирнов В. Э., Борисов А. В. Сукцессия микробного сообщества серой лесной почвы при разложении различных органических соединений // Почвоведение. 2019. № 8. С. 966-973. doi: 10.1134/S0032180X19080082
В модельном лабораторном эксперименте c серой лесной почвой изучена сукцессия микробного сообщества при разложении белков, липидов и полисахаридов. Белки были минерализованы в течение первых трех месяцев, активное разложение липидов началось спустя 2 месяца от начала эксперимента. Методом мультисубстратного тестирования микробного сообщества по его дыхательной активности выявлены различия в функциональном разнообразии сообщества в ходе сукцессии. Микробные дыхательные отклики на дополнительное внесение азотсодержащих соединений (аминокислот) были наиболее высокими в вариантах с разложением безазотистых соединений и низкими в вариантах с разложением белков. Предполагается, что отношение микробных откликов на внесение карбоновых кислот к таковому аминокислот может быть полезным при реконструкции исходного присутствия органических материалов при археологических реконструкциях.
Ключевые слова: разложение белков, мультисубстратное тестирование, Luvisol
Семенов М. В., Манучарова Н. А., Краснов Г. С., Никитин Д. А., Степанов А. Л. Биомасса и таксономическая структура микробных сообществ в почвах правобережья р. Оки // Почвоведение. 2019. № 8. С. 974-985. doi: 10.1134/S0032180X19080124
Приведены данные по содержанию микробной биомассы, численности и таксономической структуре сообществ бактерий и архей в верхних горизонтах серой лесной (Eutric Retisol (Loamic, Cutanic, Humic)) и аллювиально-луговой (Fluvic Gleyic Phaeozem (Loamic, Pachic)) почв автономного, транзитного и аккумулятивного участков склонового ландшафта, представленных залежью, мелколиственным лесом и лугом соответственно. Микробная биомасса измерялась методами количественного определения ДНК и фумигации-экстракции хлороформом, численность архей и бактерий – методом FISH, а структура микробных сообществ с помощью высокопроизводительного секвенирования ампликонов гена 16S рРНК (ДНК-метабаркодинга). Содержание микробной биомассы, а также численность метаболически активных клеток архей и бактерий коррелировали с распределением органического углерода (Сорг) и общего азота (Nобщ), увеличиваясь вдоль склона от автономного участка к аккумулятивному и уменьшаясь от верхнего горизонта к нижележащим. Аллювиально-луговая почва аккумулятивного участка ландшафта характеризовалась резким уменьшением относительной численности филума Verrucomicrobia и ростом доли Proteobacteria и Firmicutes по сравнению с серой лесной почвой автономного и транзитного участков. Количество операционных таксономических единиц и индексы α-разнообразия значимо коррелировали с C/N, Cорг, Nобщ и почти не зависели от pH почвы. Таким образом, расположение в ландшафте определяет не только физико-химические, но и микробиологические свойства почв, формируя пространственную неоднородность численности и структуры микробных сообществ в масштабах мезорельефа.
Ключевые слова: катена, бактерии, археи, метод флуоресцентной in situ гибридизации (FISH), ДНК-метабаркодинг
Деградация, восстановление и охрана почв
Колесников С. И., Тимошенко А. Н., Казеев К. Ш., Акименко Ю. В., Тищенко С. А., Мясникова М. А. Оценка экотоксичности наночастиц меди, никеля и цинка по биологическим показателям чернозема // Почвоведение. 2019. № 8. С. 986-992. doi: 10.1134/S0032180X19080094
Проведена оценка экотоксичности наночастиц размером 50–100 нм Cu, Ni и Zn по изменению биологических показателей чернозема обыкновенного (Haplic Chernozem (Loamic)) (Ростов-на-Дону) в лабораторном модельном опыте с инкубированием образцов почвы с нанопорошками Cu, Ni и Zn, внесенными в почву в дозах 100, 1000, 10000 мг/кг. Биологические показатели состояния почвы определяли через 10, 30 и 90 суток после загрязнения. Загрязнение чернозема наночастицами Cu, Ni и Zn привело к уменьшению общей численности бактерий, обилия бактерий рода Azotobacter, активности каталазы и дегидрогеназ, всхожести и длины корней семян редиса. Достоверных случаев гормезиса не зафиксировано. Наночастицы Cu и Zn проявили большую токсичность, чем наночастицы Ni, что не согласуется с существующей гипотезой, в соответствии с которой токсичность наночастиц зависит только от их размера и не зависит от химической природы элемента. По интегральному показателю биологического состояния почвы наибольшая токсичность наночастиц Cu, Ni, Zn наблюдалась на 30 сутки от момента загрязнения.
Ключевые слова: загрязнение, тяжелые металлы, биотестирование, нанопорошки
Червань А. Н., Романенко С. С. Пространственное отображение устойчивости почв к техногенному засолению в Солегорском горнопромышленном районе на основе почвенных комбинаций // Почвоведение. 2019. № 8. С. 993-1003. doi: 10.1134/S0032180X19080057
В рамках теории структуры почвенного покрова почвенные комбинации представлены как территориальные единицы для учета и оценки степени техногенного воздействия на почвы сельскохозяйственных земель в Солигорском горнопромышленном районе Белоруссии. По результатам инвентаризации структуры почвенного покрова представлена типовая характеристика почвенных комбинаций, состоящих преимущественно из дерново-подзолистых (Retisols), дерново-подзолистых глеевых (Gleysols) и торфяных низинных (Histosols) почв, разной степени засоления и устойчивости к техногенному химическому воздействию. Системный учет состояния почвенного покрова основан на информативности комбинаций почв как природных систем, пространственных единиц районирования и типологии земель. Приведена параметризация основных характеристик почвенных комбинаций с перспективой полуавтоматического и автоматического учета и мониторинга для обоснования стратегии целесообразного землепользования в условиях техногенного засоления. С использованием средств геоинформационных систем в репрезентативных по условиям почвообразования почвенных комбинациях учтены факторы перераспределения химических загрязняющих веществ. Сформирована пространственная основа оптимизации использования земель сельскохозяйственного назначения в виде пространственно-временных моделей устойчивости почв к техногенному засолению.
Ключевые слова: засоление почв, агроландшафт, геосистема, структура почвенного покрова, деградация почв, геоинформационные системы
Червань А. Н., Устинова А. М., Цырибко В. Б. Пространственно-временные изменения показателей засоления почв Солигорского горнопромышленного района // Почвоведение. 2019. № 8. С. 1004-1014. doi: 10.1134/S0032180X19080069
Приводятся результаты учета внутрипочвенного распределения химических веществ по почвенным комбинациям, как территориальным единицам инвентаризации факторов техногенного воздействия на почвенный покров. Идентификация почвенных комбинаций Солигорского горнопромышленного района Белоруссии основана на анализе морфогенетической организации структур почвенного покрова и объединяет типологические и топологические подходы в концепции адаптивно-ландшафтного земледелия. Оценены пространственно-временные изменения показателей техногенного засоления почв сельскохозяйственных земель с использованием геоинформационных средств обработки и моделирования данных. Качественная интерполяция агрохимических данных на территорию всех зон техногенного воздействия в Солигорском районе использована в качестве пространственной основы оптимизации землепользования крупных сельскохозяйственных предприятий. Рассмотрен подбор толерантных к засолению сельскохозяйственных культур в качестве меры оптимизации сельскохозяйственного использования техногенно-засоленных почв с учетом снижения экологических рисков для местного населения. В зоне наибольшего техногенного воздействия рекомендовано возделывать сахарную свеклу Beta vulgaris, люцерну Medicago, многолетние злаковые травы (тимофеевку луговую Phleum pratense, ежу сборную Dactylis glomerata, кострец безостый Bromus inermis).
Ключевые слова: агрохимические показатели, агрофизические свойства, загрязнение почв, оптимизация землепользования, сельскохозяйственные культуры
Чернова О. В., Безуглова О. С. Опыт использования данных фоновых концентраций тяжелых металлов при региональном мониторинге загрязнения почв // Почвоведение. 2019. № 8. С. 1015-1024. doi: 10.1134/S0032180X19080045
При мониторинге загрязнения почв тяжелыми металлами сложной задачей является выбор целевых показателей: фоновых или пороговых значений. Определение фоновых концентраций имеет важное практическое значение, так как загрязнение чистых почв до уровней ниже нормативов ПДК и ОДК не фиксируется и не наказывается. Данные фоновых концентраций при оценке загрязнения применяются редко, поскольку в большинстве случаев эти значения не определены. Исследование почв особо охраняемых природных территорий Ростовской области позволило выявить региональную особенность почвенного покрова – повышенные концентрации ряда тяжелых металлов и других микроэлементов в почвах, обусловленные богатством материнских пород этими элементами. Полученные данные свидетельствуют о невозможности использования при мониторинге загрязнения почв Ростовской области существующих санитарно-гигиенических нормативов валовых концентраций микроэлементов, как ПДК, так и ОДК. Более перспективным представляется использование фоновых показателей, характеризующих почвы охраняемых территорий области. Для корректного ведения экологического мониторинга необходимо иметь набор характеристик минимально антропогенно-измененных почв области (фоновых и условно-фоновых), отражающих почвенное разнообразие региона: типологическое, по гранулометрическому составу и составу почвообразующих пород.
Ключевые слова: Ростовская область, особо охраняемые территории, черноземы, каштановые почвы, тяжелые металлы
