Почвоведение №9, 2019
Генезис и география почв
Чимитдоржиева Г. Д., Чимитдоржиева Э. О., Мильхеев Е. Ю., Цыбенов Ю. Б., Быков М. Е., Чимитдоржиев Т. Н., Солдатова З. А., Андреева Д. Б., Корсунова Ц. Д., Давыдова Т. В. Почвы криогенных форм рельефа на юге Витимского плоскогорья:распространение и роль в распределении пулов почвенного углерода // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1029-1038. doi: 10.1134/S0032180X19090028
Представлены результаты исследований криогенных форм рельефа (бугров пучений и термокарстовых понижений), сформированных в условиях ультраконтинентального климата Бурятии и относительно близко залегающих многолетнемерзлых пород, а также сформированных на них почв. По результатам анализа радиолокационных данных TanDEM-X и наземных геоморфологических обследований выявлено пространственное распределение локальных пучений и понижений территории в Еравнинской котловине юга Витимского плоскогорья. Бугры пучения преимущественно формируются на водоразделе и подгорных шлейфах, почвы в основном представлены черноземами глееватыми криотурбированными (Haplic Chernozems (Stagnic, Turbic)) и темно-гумусовыми глееватыми почвами (Stagnic Phaeozems). Термокарстовые понижения распространены в днищах котловины, а также на широких выровненных суглинистых водоразделах, почвы представлены черноземами квазиглеевыми (Gleyic Chernozems) и гумусово-квазиглеевыми окарбоначенными почвами на слоистых озерных отложениях (Calcaric Gleyic Phaeozems). Для почв бугров и термокарстовых понижений характерно варьирование мощностей и инверсии горизонтов в результате пучения и криотурбаций, они заметно отличаются по морфологии, физическим и химическим свойствам. Пулы углерода в распределении по профилю почв бугров и термокарстовых понижений имеют значительные отличия по сравнению с фоновыми черноземами квазиглеевыми (Gleyic Chernozems).
Ключевые слова: термокарстовые понижения, бугры пучения, чернозем квазиглеевый, чернозем глееватый криотурбированный, темно-гумусовая глееватая почва, спутниковая радарная интерферометрия).
Макаров М. И., Малышева Т. И., Меняйло О. В. Изотопный состав азота и трансформация азотсодержащих соединений в горно-луговых альпийских почвах // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1039-1048. doi: 10.1134/S0032180X19090053
Показано, что трансформация соединений азота в горно-луговых альпийских почвах (Leptic Umbrisols) Северо-Западного Кавказа (Тебердинский заповедник, Республика Карачаево-Черкессия) приводит к формированию хорошо выраженных различий в изотопном составе разных азотсодержащих соединений: δ15N экстрагируемых органических соединений >δ15Nобщ > δ15N– > δ15N– Диапазон изменения δ15N в этом ряду достигает 25‰. Различия δ15N в пределах одного пула азота в почвах разных альпийских экосистем, а также сезонная динамика δ15N– выражены в гораздо меньшей степени (диапазон изменения δ15N составляет 2–4‰). Величины δ15Nобщ и δ15N– положительно коррелируют с активностями N-минерализации и нитрификации, свидетельствуя об аккумуляции тяжелого изотопа N в почвах альпийских экосистем с более активными процессами трансформации азотсодержащих соединений. При этом нитрификация является ключевым процессом, контролирующим изотопный состав N– Значение N-минерализации во фракционировании изотопов N менее очевидно, а аккумуляция 15N в составе экстрагируемых органических соединений может объясняться существенным участием в их составе “тяжелых” азотсодержащих соединений микробного происхождения.
Ключевые слова: альпийские экосистемы, азот, N-минерализация, нитрификация, δ15N экстрагируемых органических соединений, δ15N– δ15N–
Химия почв
Габов Д. Н., Яковлева Е. В., Василевич Р.С. Кузнецов О. Л., Безносиков В. А. Полициклические ароматические углеводороды в мерзлотных бугристых торфяниках криолитозоны // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1049-1062. doi: 10.1134/S0032180X1909003X
Профильное накопление полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в мерзлых торфяниках криолитозоны (Республика Коми) связано с определенными группами растительных остатков, продуцированных в период атлантического климатического оптимума голоцена. В составе преобладают как “тяжелые” (бенз[ghi]перилен, дибенз[a,h]антрацен и бенз[b]флуорантен), так и “легкие” (пирен и нафталин) ПАУ. Полиарены в мерзлотных горизонтах находятся в законсервированном состоянии и не подвержены трансформации по сравнению с сезонно-талыми слоями. На границе мерзлоты в сезонно-талых и мерзлотных горизонтах динамические процессы оттаивания и промерзания приводят к взаимной трансформации законсервированных растительных остатков, гумусовых веществ, неспецифических органических соединений и накоплению 5,6-ядерных структур ПАУ. Контроль состава ПАУ торфяников и значительное увеличение их массовой доли в пределах границы сезонно-талых слоев и многолетней мерзлоты можно использовать в качестве индикаторов отклика многолетней мерзлоты на климатические изменения в высоких широтах.
Ключевые слова: полиарены, растительность, климатические индикаторы, торфяная олиготрофная мерзлотная почва
A. Sharififar*, F. Sarmadian*, H. Alikhani, A. Keshavarzi, O. Asghari Three dimensional Soil organic and inorganic carbon variability in Aridisols and Entisols of a rangeland // Eurasian Soil Science. 2019. № 9. С. -. doi:
The influence of biological and physicochemical soil properties on the variations in soil organic and inorganic carbon (OC and IC) contents at the soil surface was studied. Three-dimensional plots of variations in OC, IC and the correlated properties were obtained. Soils of the study area were classified as Aridisols and Entisols used as a rangeland. Soil samples were collected from 38 representative points with a wide range of physicochemical soil properties; in addition, three important microbiological indicators—dehydrogenase enzyme activity (DHA), soil basal respiration, and bacterial population—were analyzed. Variation partitioning analysis was carried out to assess the determining factors influencing soil OC and IC variations in the vertical soil profiles. Additionally, the principal component analysis (PCA) was applied to explore the patterns of determinant soil variables. Variation partitioning demonstrated that the physicochemical soil properties were the determining variables in explaining the variations of both OC and IC. A remarkable portion of the variations remained unexplained by any of the two explanatory sets according to this analysis. Soil OC was not significantly related to the biological soil properties. Soil OC was inversely related to IC, clay, and sodium contents in the soil profiles. Soil type-specific vertical trends were observed for soil OC and IC. Soil conditions and pedogenic processes were deduced to have a major role in OC and IC spatial variations according to the results of soil type-specific trends of variation. The results of this study can be useful for better soil management and OC and IC prediction, or spatial distribution patterns modeling.
Keywords: variation partitioning, dehydrogenase enzyme, vertical soil variation, spline function
Munazza Yousra*, Muhammad Mahmood-ul-Hassana, Sair Sarwara, Sana Naeema Adsorption of Lead, Cadmium and Nickelon Benchmarks Soils of Pakistan // Eurasian Soil Science. 2019. № 9. С. -. doi:
Adsorption and desorption reactions at the solid phase–solution interface, play a significant role in controlling metal concentrations in soil solution and metal translocation to plants. Five predominant benchmarks soils of Pakistan were characterized for their lead (Pb), cadmium (Cd) and nickel (Ni) adsorption parameters by constructing equilibrium adsorption isotherms. The adsorption parameters (maximum adsorption capacity and affinity coefficient) were calculated by fitting measured adsorption data to Langmuir, Freundlich, and Redlich–Peterson adsorption models. Thermodynamic properties (Gibbs free energy – ΔG°, enthalpy – ΔH° and entropy – ΔS°) were measured by equilibrating soils with Pb, Cd, and Ni solution at 25 ± 2C and 45 ± 2C. The results revealed that the Langmuir and Redlich–Peterson adsorption models described metal adsorption data equally good. Langmuir’s predicted Pb, Cd, and Ni adsorption demonstrated better correlation with measured adsorption than Freundlich's model. According to the maximum Pb, Cd, and Ni adsorption calculated by Langmuir and Redlich–Peterson models and Freundlich sorbate affinity to sorbent, the studied soils were formed the following sequence: Kotli > Miranpur > Gujranwala > Shahdara > Rasulpur. The magnitude of metal adsorption (b and qmon) and affinity (Kf) was highly correlated with the clay, soil organic matter, and iron and aluminum contents and cation exchange capacity. The measured metal adsorption in different soils followed the order: Pb > Cd > Ni. The magnitude of maximum Pb sorption (calculated by Langmuir and Redlich–Peterson models) was approximately two and four times higher than that for Cd and Ni, respectively. Similarly, the Freundlich’s sorbate affinity was also higher for Pb than for Cd and Ni. Thermodynamic parameters revealed that the Pb, Cd, and Ni adsorption reactions were spontaneous and exothermic in nature, and the process was dominated by physical adsorption.
Keywords: adsorption, Freundlich isotherm, heavy metals, Langmuirisotherm, Redlich-Peterson equation, soil, thermodynamic parameters
Трубецкой О. А., Пацаева С. В., Трубецкая О. Е. Фотохимическая деградация органических загрязняющих веществ в растворах почвенных гуминовых кислот // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1063-1169. doi: 10.1134/S0032180X19090107
С помощью сочетания препаративной эксклюзионной хроматографии низкого давления с аналитическим электрофорезом в полиакриламидном геле или многократной ультрафильтрацией получены фракции гуминовых кислот чернозема с номинальными молекулярными размерами: >100, 30–100, 5–30 и <5кДа. Исходный препарат гуминовых кислот и фракции протестированы на способность разрушать модельные ароматические соединения 2,4,6-триметилфенол и фурфурол в водном растворе при освещении полихроматическим светом в диапазоне 300–450 нм в лабораторных условиях. Обнаружено, что фракции гуминовых кислот чернозема с молекулярными размерами <5 кДа обладают максимальной способностью разлагать вышеназванные субстраты, в то время как фракции >30 кДа этой функцией практически не обладают. Полученные данные позволяют частично объяснить механизмы фотоиндуцированной трансформации многих органических загрязняющих веществ почвенными гуминовыми веществами.
Ключевые слова: эксклюзионная хроматография, многократная ультрафильтрация, электрофорез в полиакриламидном геле
Биология почв
Якушев А. В., Матышак Г. В., Тархов М. О., Качалкин А. В., Сефилян А. Р., Петров Д. Г., Петржик Н. М. Микробиологические особенности почв торфяных пятен бугристых торфяников севера Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1070-1080. doi: 10.1134/S0032180X19090119
Своеобразный торфяно-деструктивный горизонт почв оголенных торфяных пятен бугристых торфяников севера Западной Сибири (Tmd) отличается от торфяных горизонтов типичной торфяной почвы большей плотностью, влажностью и диспергированностью, меньшей микробной биомассой, низкой минерализационной и гидролазной активностью, низким физиологическим разнообразием трофически неспециализированного гидролитического бактериального блока и особым видовым составом грибного блока с нехарактерно высокой долей и обилием психрофильных дрожжей Leucosporidium drummii. Схожие в горизонте Tmd и торфяных горизонтах типичной почвы удельная дыхательная и гидролазная активности указывают на сохранение метаболической активности у микроорганизмов пятна, разлагающих органическое вещество торфа и увеличивающих тем самым степень его разложения.
Ключевые слова: криогенные процессы, физиологическое разнообразие, микробные сообщества, торфяно-деструктивный горизонт, торф, микробная биомасса, гидролазная активность, грибы в торфах
Сушко С. В., Ананьева Н. Д., Иващенко К. В., Кудеяров В. Н. Эмиссия СО2, микробная биомасса и базальное дыхание чернозема при различном землепользовании // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1081-1091. doi: 10.1134/S0032180X19090090
В черноземе под степной растительностью, лесом (дубрава), в чистом пару (территория заповедника) и в урбаноземе города Курск (Курская область) изучали взаимосвязь эмиссии СО2 из почвы и ее микробиологических показателей. Измерения эмиссии СО2 с поверхности почвы (ЭМпов) и из двух нижележащих слоев почвы (глубина 10 и 20 см, ЭМ10, ЭМ20) проводили ежемесячно (май–октябрь), одновременно регистрировали температуру и влажность почвы. В отобранных образцах почвы слоев 0–10, 10–20, 20–30 см (всего 360) измеряли микробиологические показатели (углерод микробной биомассы (Смик), базальное дыхание). Химические свойства почвы (содержание Сорг; общее С, N, Р, К, Са; рН) определяли в образцах, отобранных в июле. Показано, что ЭМпов степи составила в среднем 24 г СО2/(м2 сут), леса, города и пара – в 1.6, 1.5 и 6 раза меньше соответственно. ЭМ10 и ЭМ20 леса оказалась в среднем в 2 раза больше таковой с поверхности, пара и города – примерно одинаковой, а степи – на 34% меньше. Эмиссия СО2 из почвы изученных экосистем за наблюдаемый период слабо зависела от ее температуры и влажности. Смик и базальное дыхание почвы (0–10 см) ненарушенных экосистем (степи, леса) в среднем в 3–5 и 2–4 раза, соответственно, превышали таковые нарушенных (пара, города). Показана положительная корреляция ЭМпов изученных экосистем с Смик и базальным дыханием (0–10 см, r = 0.56 и 0.74 соответственно). ЭМпов чернозема разного землепользования за вегетационный период на 78% была обусловлена их базальным дыханием (линейная регрессия). Следовательно, ЭМпов чернозема разного землепользования за вегетационный период можно в определенной степени прогнозировать на основе экспериментальных данных о базальном дыхании его верхнего слоя (0–10 см).
Ключевые слова: лесостепь, микробное дыхание, чернозем, урбанозем, субстрат-индуцированное дыхание
Никонова Л. Г., Головацкая Е. А., Курьина И. В., Курганова И. Н. Скорость разложения растенийторфообразователей в олиготрофных болотах южно-таежной подзоны Западной Сибири: оценка влияния уровня болотных вод и температуры торфяной залежи // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1092-1113. doi: 10.1134/S0032180X19090065
В полевом эксперименте изучали скорость разложения четырех видов растений-торфообразователей, наиболее типичных для болотных фитоценозов южно-таежной подзоны Западной Сибири: Sphagnum fuscum, Chamaedaphne calyculata, Eriophorum vaginatum и Sphagnum angustifolium. Исследования проводили методом частично изолированных проб на двух болотах: Тимирязевском и Бакчарском, различающихся по условиям влаго- и теплообеспеченности. Независимо от химического состава растений-торфообразователей, процесс их разложения характеризовался самой значительной потерей массы в течение первого года исследований. К концу третьего года эксперимента происходило замедление процессов деструкции растительных остатков, и величина констант разложения всех исследуемых видов растений уменьшалась в 1.2–2.8 раза. Наиболее медленно процесс деструкции растительных остатков протекал в более влажных условиях Бакчарского болота, где потери массы для всех исследуемых видов растений за исключением Eriophorum vaginatum были в 1.2–1.6 раз меньше, чем на Тимирязевском болоте. По величине суммарных потерь массы и константам разложения достоверно за 3 года эксперимента отличались Sphagnum fuscum и Chamaedaphne calyculata, а также два вида сфагнума: Sphagnum fuscum и Sphagnum angustifolium. Выявлены значимые положительные корреляционные связи между потерями массы растений-торфообразователей (кроме Sphagnum angustifolium) и суммами температур торфяной залежи, превышающими 0, 5 и 10°С. Понижение уровня болотных вод приводило к достоверному росту интенсивности процессов разложения всех исследуемых видов растений за исключением Eriophorum vaginatum.
Ключевые слова: болотные фитоценозы, растительные остатки, уровень болотных вод, температура торфа, динамика потери массы, константа разложения, торфяная олиготрофная почва (Histosols)
Физика почв
Водяницкий Ю. Н., Милановский Е. Ю., Моргун Е. Г., Савичев А. Т. Деконволюция дифференциальных кривых гранулометрического состава слитых почв // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1114-1029. doi: 10.1134/S0032180X19070141
Процедура деконволюции для расщепления исходного спектра гранулометрического состава на составляющие фракции помимо уточнения традиционных показателей дает новую информацию о свойствах отдельных гранулометрических фракций. Благодаря деконволюции удалось выявить фракции, “невидимые” при визуальном анализе исходного спектра частиц. К новым показателям относятся: средний диаметр гранулометрической фракции dср, величина дисперсии D каждой фракции. Деконволюция позволяет характеризовать фракцию не границами, а средним диаметром частиц. Деконволюция показала, что распределение элементарных фракций слитых почв согласуется с границами фракций Международной системой классификации FAO гранулометрического состава и не согласуется с границами классов в классификации Качинского, так как в ней ширина классов варьирует: индекс F = 2 и 5. Преимущество Международной классификации FAO гранулометрического состава в одинаковой ширине фракций с постоянным значением F = 3.2.
Ключевые слова: гранулометрические фракции почв, классификация Качинского, Международная классификация FAO гранулометрического состава, средний диаметр гранулометрической фракции, дисперсия фракции
Агрохимия и плодородие почв
Телеснина В. М., Жуков М. А. Влияние способа сельскохозяйственного освоения на динамику биологического круговорота и ряда почвенных свойств в ходе постагрогенной сукцессии (Костромская область) // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1114-1129. doi: 10.1134/S0032180X1907013X
Изучены особенности постагрогенной динамики показателей биологического круговорота и свойств почв на примере трех хронорядов в Костромской области: зарастающей пашни на супесчаной двучленной почве (Retic Albic Podzols (Anoarenic, Endoloamic, Ochric)), зарастающего хорошо удобренного частного огорода на супесчаной двучленной почве (Plaggic Podzols (Anoarenic, Endoloamic, Humic)) и зарастающего сенокоса, развитого на бывшей пашне на суглинистой почве (Albic Retisols (Loamic, Ochric)). Постагрогенная динамика кислотности и содержания органического углерода в почве определяется скоростью сукцессии, зависящей от степени окультуренности почвы в прошлом. При зарастании бедных песчаных агродерново-подзолов тренд изменения кислотности и содержания углерода адекватно отражается соотношением разных экологических групп в составе напочвенного покрова. При восстановлении лесной растительности на бывших сельскохозяйственных угодьях запас органического углерода в биогеоценозе через 35–40 лет возрастает с 30–40 до 120 т/га. При зарастании хорошо удобренных навозом частных огородов, где лесная растительность не восстанавливается в течение долгого времени, исходный запас углерода, составляющий 100–120 т/га, сохраняется на протяжении как минимум 35 лет.
Ключевые слова: постагрогенные почвы, демутация растительности, запасы углерода
Кирюшин В. И. Управление плодородием почв и продуктивностью агроценозов в адаптивноландшафтных системах земледелия // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1130-1139. doi: 10.1134/S0032180X19070062
С позиций оптимизации сельскохозяйственного природопользования естественное и искусственное плодородие почв и продуктивность агроценозов рассматриваются как экологические и социально-экономические функции почв и агроландшатов. Они регулируются всеми средствами адаптивно-ландшафтных систем земледелия (АЛСЗ) по принципу устранения лимитирующих условий или адаптации к ним. АЛСЗ формируются на основе математических моделей взаимодействия элементов земледелия и экологических факторов, выявляемого многофакторными полевыми экспериментами. В результате многолетних стационарных исследований, организованных автором в различных подзонах Западной Сибири, обоснована возможность сокращения чистых паров, перехода на беспаровые севообороты в лесостепной зоне, освоения мульчирующих обработок почвы и их минимизации при применении минеральных удобрений и других агрохимических средств. Установлено уменьшение потерь гумуса и минерализации азота, сокращение интенсивности выделения СО2 с поверхности почвы при минимизации обработки черноземов. Рассматриваются возможности и условия прямого посева. Обосновывается роль минеральных удобрений как системообразующего фактора адаптивно-ландшафтного земледелия и важнейшего условия экологической оптимизации природопользования.
Ключевые слова: экологические функции, агробиогеоценозы, гумус, азот, агротехнологии, оптимизация севооборотов, минимизация обработки почвы, чистый пар, удобрение, моделирование систем земледелия
Деградация, восстановление и охрана почв
Сухачева Е. Ю., Апарин Б. Ф. Структура почвенного покрова антропогенно-измененных ландшафтов Ленинградской области // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1140-1154. doi: 10.1134/S0032180X19070128
Определены основные типы структур почвенного покрова (СПП) в антропогенно-измененных ландшафтах Ленинградской области для целей среднемасштабного картографирования почвенного покрова. Выделены 16 различных групп антропогенно-измененных и антропогенных СПП: лесозаготовительные, мелиоративно-лесные, противопожарно-лесные, рекреационно-лесные, поствоенные, агролесные, лесных питомников, агрогенные, агромелиоративные, постагрогенные, рекреационно-парковые, магистральные, урбанизированные, агроурбанизированные, автомагистралей и железных дорог, горнорудных карьеров. Дана их характеристика. Разработана типология СПП антропогенно-измененных ландшафтов Ленинградской области. В основу типологии положены закономерности в изменении почвенного покрова (ПП) под влиянием антропогенного фактора; учитывались вид и степень преобразования компонентного состава, контрастность и неоднородность ПП, межкомпонентные связи, форма и рисунок внутренней организации СПП. Разработанная типология антропогенно-измененных и антропогенных СПП имеет универсальный характер для ландшафтов лесной зоны и может быть использована при создании среднемасштабных почвенных карт других регионов.
Ключевые слова: почвенный покров, антропогенно-измененные ландшафты и почвы, типология СПП, почвенное картографирование, почвенная карта
