Почвоведение №9, 2020
Генезис и география почв
Смирнова М. А., Геннадиев А. Н., Чендев Ю. Г. Влияние полезащитных лесных насаждений на локальное разнообразие почв (Белгородская область) // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1041-1052. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090166
На ключевом участке в пределах Белгородской области на юге Среднерусской возвышенности проведено детальное полевое картографирование почвенного покрова многорядной лесополосы 50-летнего возраста протяженностью 4 км, пересекающей различные элементы рельефа, и прилегающих пахотных участков сельскохозяйственных полей; 30 точек опробования были заложены в центральной (осе вой) части лесополосы и на удалении 30 м по обе стороны от ее краев. Построены карты мощности гумусового профиля, содержания органического углерода, глубины обнаружения карбонатов, почвенная карта; рассчитаны индексы богатства, разнообразия Шеннона, Симпсона, Рао и таксономические расстояния как количественные показатели контрастности между почвами участка. Показано, что полезащитные лесонасаждения приводят к уменьшению контрастности почв по отношению друг к другу и к уменьшению значений индексов разнообразия для почв, формирующихся непосредственно под лесополосой.
Ключевые слова: структура почвенного покрова, Среднерусская возвышенность, педоразнообразие, черноземы (Chernozems), таксономические расстояния
Шамрикова Е. В., Жангуров Е. В., Кулюгина Е. Е., Королев М. А., Кубик О. С., Туманова Е. А.Почвы и почвенный покров горно-тундровых ландшафтов Полярного Урала
на карбонатных породах: разнообразие, классификация, распределение углерода и азота //Почвоведение. 2020. № 9. С. 1053-1070. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090154
На примере ландшафтов северной части хребта Большой Пайпудынский, относящемуся к Поляр ному Уралу, выявлено классификационно-номенклатурное разнообразие почв на карбонатных по родах, обусловленное как биоклиматическими, так и геогенными факторами (рельефом, мощностью элювиально-делювиальных отложений карбонатных пород). Показано, что под различными типами растительных сообществ формируются почвы постлитогенного ствола из отделов криометаморфических (Calcaric Skeletic Regosol), литоземов (Calcaric Mollic Folic Leptosol), органо-аккумулятивных (Calcaric Mollic Leptic Stagnosol; Calcaric Folic Gleysol), занимающие незначительные ареалы и мел контурные сочетания. Масса органических форм углерода и азота в наземной фитомассе (НФ) растений составляет 40–49 и 0.9–2.3% соответственно. Запасы сырой НФ колеблются в диапазоне 20– 1600 г/м2. В каждом профиле поверхностные горизонты имеют максимальное содержание органического углерода и азота (до 40 и до 2.5% соответственно). Выявлены закономерности распределения Сорг и Nорг в почвах в связи с различной продуктивностью растительных сообществ, спецификой состава опада и условий его разложения. Во всех почвенных профилях содержание Снеорг возрастает с глубиной, достигая 12%. Доля минерального азота не превышает 1%. Максимальное количество N- и N- приходится на поверхностные горизонты, где их концентрации достигают 140 и 30 мг/кг.
Ключевые слова: карбонаты, Урал, классификация почв, диагностические горизонты, надземная фитомасса, органический углерод, неорганический углерод
H. Piri Sahragard and M.R. Pahlavan-Rad Prediction of Soil Properties Using Random Forest WithSparse Data in a Semi-Active Volcanic Mountain // Eurasian Soil Science. 2020. № 9. Опубликована только в английской версии
Understanding spatial variations of soil properties is necessary for the management of rangelands vegetation ecosystem. The present study aimed to assess the spatial variations of soil properties in the hillslope of the Taftan semi-active volcanic mountain, Sistan and Baluchestan Province, south-eastern Iran. The locations of 30 sampling points were determined using random - systematic method and soil samples were taken from two depths: 0-30 and 30-60 cm. Spatial distribution of soil properties and relationships between soil properties and covariates were investigated using Random forest method. Model validation was done through 10-fold cross-validation approach. Based on results elevation, channel network base level and vertical distance to channel network, were the most importance factor in predicting of the some soil characteristics such as soil clay, silt, sand, SOC, and EC in two studied depths. The maps produced indicated higher clay at 30-60 depth in the higher elevations. EC amounts were increased in the lower parts of the mountain because of leaching. Furthermore, the highest map accuracy was related to EC map at both depths and clay at 30-60 depth. The prediction maps of other properties of soil had low accuracy.
Keywords: DEM, Environmental variables, Taftan, Random Forest
Химия почв
Караванова Е. И., Золовкина Д. Ф., Степанов А. А. Взаимодействие водорастворимых органических веществ хвойной подстилки с минералами и горизонтами подзолистой почвы и подзолов // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1071 1084. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090075
Под воздействием водорастворимых компонентов хвойной подстилки из твердой фазы элювиальных горизонтов подзолов и подзолистой почвы в раствор десорбируются нативные органические вещества. В подзолах водорастворимые органические вещества (ВОВ), экстрагированные из под стилки водой и затем прошедшие через горизонты Е, сорбируются горизонтами BF, если их концентрация в растворе превышает 35 мг С/л. Поглощение может составлять от десятков до сотен миллиграммов углерода на килограмм массы горизонта BF. В подзолистой почве сорбция ВОВ горизонта ми ВT возможна при большей по сравнению с подзолами концентрации органических веществ в жидкой фазе. Модельные эксперименты с минералами показали, что каолинит и иллит взаимодействуют с растворимыми веществами из подстилок, избирательно извлекая из них более гидрофильные, менее ароматические компоненты с относительно низкими молекулярными массами. Гетит взаимодействует с ВОВ, поглощая, напротив, преимущественно гидрофобные компоненты, вещества фенольной природы, компоненты, обогащенные углеродом ароматических структур, вещества с молекулярными массами менее 7 кДа. После сорбционного взаимодействия с минералами изме няются спектральные характеристики ВОВ: уменьшается или исчезает флуоресценция, обусловленная присутствием гумусовых веществ с наиболее длинной цепью сопряжения, но возникают новые флуорофоры, включающие фрагменты фенольных и/или протеиновых структур. Присутствие каолинита и иллита в элювиальных горизонтах почв и взаимодействие с ними ВОВ, может быть одной из причин трансформации их качественного состава и приобретения свойств, максимально благоприятных для поглощения на гидроксидах железа в нижних горизонтах.
Ключевые слова: гидрофильные и гидрофобные соединения, сорбция, органо-минеральные взаимодействия, гетит, каолинит, иллит
Физика почв
Микаилсой Ф. Д., Шеин Е. В. Аналитическая математическая модель химической суффозии припромывках засоленных почв // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1085-1093. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090105
Проблема количественной оценки и прогноза суффозионных просадок в засоленных почвах и грунтах актуальна в связи с орошением, промывками засоленных почв, увеличивающимся количеством бытовых и промышленных стоков. На основе решения уравнения конвективной диффузии с учетом динамики растворения солей твердой фазы представлена математическая аналитическая модель, которая может быть использована для решения как прямой задачи (прогноз рассоления почвенной толщи, нахождения промывной нормы и времени промывки заданной толщи до определенного уровня), так и обратной задачи – определение гидродинамической дисперсии и параметра “шаг смешения” (“diffusivity”) для прогнозирования химической суффозии. В основе аналитической ма тематической модели лежит понятие среднеинтегрального (то есть средней концентрации почвенного раствора в расчетном почвенном профиле, а не по отдельным дискретным слоям) значения и соответствующего метода определения параметра скорости растворения солей твердой фазы почв и грунтов, благодаря которому появилась возможность количественного аналитического расчета и прогноза суффозионного уплотнения почв, явлений просадки почв и дисперсных грунтов. С учетом протекающих процессов в реальном времени разработана аналитическая процедура нахождения параметра скорости растворения солей твердой фазы почв, аналитические уравнения прогноза интенсивности суффозионных просадок. Предложено аналитически полученное решение конветивно-диффузионного переноса солей, с помощью которого возможен прогноз перераспределения со лей во времени при промывке водонасыщенных поверхностно засоленных почв с глубоким залеганием грунтовых вод.
Ключевые слова: засоленные дисперсные грунты и почвы, мелиоративные промывки, выщелачивание, просадки, уравнение конвективной диффузии, среднеинтегральная концентрация солей в
слое, уплотнение при промывках
Биология почв
Полянская Л. М., Юмаков Д. Д., Тюгай З. Н., Степанов А. Л. Соотношение грибов и бактерий втемно-гумусовой лесной почве // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1094-1099. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090129
Методами люминесцентной микроскопии и каскадной фильтрации проведена сравнительная оценка запасов грибной и бактериальной биомассы в темно-гумусовой лесной почве (Gleуic Umbrisol). Методом каскадной фильтрации показано, что в верхних горизонтах исследованной почвы биомасса бактерий сопоставима с биомассой грибов (на ее долю приходится 46%, а на долю грибов – 54%). Однако вниз по профилю это соотношение меняется в пользу бактерий (до 69% на глубине 100 см). Таким образом, использование метода каскадной фильтрации позволило переоценить запасы бактериальной биомассы в почве и впервые показать, что в верхних горизонтах данной почвы биомасса бактерий сопоставима с грибной, а в нижних горизонтах бактериальная биомасса превышает грибную. Метод каскадной фильтрации более точно определяет как численность, так и биомассу бактерий, что позволяет пересмотреть сложившиеся в почвенной микробиологии представление о значительном преобладании грибной биомассы в почвах.
Ключевые слова: биомасса грибов, биомасса бактерий, метод каскадной фильтрации, люминесцент ная микроскопия, микробная экология
Мелиорация почв
Любимова И. Н., Салпагарова И. А. Возможность и целесообразность возврата в сельскохозяйственный оборот ранее мелиорированных солонцовых земель (обзор) // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1100-1110. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090099
C использованием собственных и литературных данных проведен анализ направленности измене ний свойств почв солонцовых комплексов сухостепной и полупустынной зон в результате мелиора ции, в процессе сельскохозяйственного использования и при выводе мелиорированных земель из сельскохозяйственного оборота. Дан экспертный прогноз о современном состоянии залежных ме лиорированных солонцовых территорий и целесообразности их использования в сельском хозяй стве. Рассмотрены следующие мелиорированные почвы: агроземы солонцовые (Sodic Protosalic Cambisol (Loamic, Aric, Protosalic)), агроземы текстурно-карбонатные (Eutric Cambisol (Loamic, Aric, Protosalic)), агросолонцы (Endocalcaric Luvisol (Loamic, Aric, Cutanic, Protosodic)), агрокашта новые (Eutric Cambisol (Siltic, Aric)) и лугово-каштановые (Haplic Kastanozems). Показано, что за лежные солонцы, в которых при мелиорации сохранился солонцовый горизонт, через короткий промежуток времени восстанавливают свое строение и свойства, и приближаются к целинным поч вам. В залежных солонцах сухостепной зоны с разрушенным и дезинтегрированным солонцовым горизонтом не происходит реставрации солонцового профиля. Они в течение длительного времени сохраняют свойства, приобретенные под действием мелиорации.
Ключевые слова: мелиорация солонцов, агросолонцы, агроземы солонцовые, залежные солонцовые земли
Эрозия почв
Ping Guo, Zhenyao Xia, Feng Gao, Md Sahidul Islam, Hai Xiao, Mingyi Li, Yueshu Yang, and Wennian Xu Evaluating the contribution of the physical and biochemical effect of root on detachment for thecoarse-textured soil from the Three Gorges Reservoir, China // Eurasian Soil Science. 2020. № 9. Опубликована только в английской версии
Plant roots have great effect on the process of soil detachment, but the contribution of the physical and biochemical effects of root on soil detachment have not been sufficiently evaluated. For the purpose to distinguish the relative contribution of the root physical effect and biochemical effect to soil erosion resistance, three kinds of treatment, soil samples without roots, dead roots and live roots, were chosen to simulate the condition of no root effect, the root’s physical effect and the root’s whole effect on the soil detachment, respectively. The Cynodon dactylon and purple soil in Three Gorges Reservoir Area in China were selected to conduct the scouring experiment under condition of five slope gradients (17.63, 26.79, 36.40, 46.63 and 57.73%) and three runoff rates (1, 2 and 3 L min-1). The soil detachment process under different treatment conditions was analyzed. The effects of slope gradient and the runoff rate on soil detachment rate were also estimated for different treatment conditions and the contributions of the physical and biochemical effects of root on soil detachment were also evaluated. The results indicated that detachment rate showed a dramatically decrease initially, followed by gradual decrease until to a stable stage for all treatments. The soil detachment rate can be effectively described with the slope gradient and the runoff rate by using the power function, which was more influenced by slope gradient than by runoff rate for all the treatment conditions in this study. Plant roots could effectively diminish the soil detachment rate, and the contributions of physical and biochemical effects of root on detachment were 59.64-82.09 and 17.91-40.36%, with mean values of 68.92 and 31.08%, respectively. The root’s physical effect is the main reason strengthens soil erosion resistance.
Keywords: biochemical effect. coarse-textured soil, Cynodon dactylon, physical effect, soil detachment
Yassine Bouslihim, Aicha Rochdi, Namira El Amrani Paaza Combining SWAT model andregionalization approach to estimate soil erosion under limited data availability conditions //Eurasian Soil Science. 2020. № 9.
Опубликована только в английской версии
The objective of this paper is to test the feasibility of using the SWAT model under limited data availability to estimate soil erosion in two adjacent watersheds, namely Mazer (gauged) and El Himer (ungauged) watersheds. In this study, we used the physical proximity approach as one of regionalization methods while ensuring the similarity between both watersheds. Moreover, the comparison of the most important characteristics that influence runoff production shows that Mazer and El Himer watersheds are nearly similar in terms of soil, land use and all other morphological and physical characteristics. In aiming to achieve the objectives set out in this study, SWAT Model was calibrated and validated on a monthly time step at Mazer watershed using SWAT-CU¨P (SUFI-2). Results showed a good correlation between the observed and simulated streamflow with a NSE (Nash–Sutcliffe Efficiency) of 0.65, 0.89 and R2 of 0.75, 0.95 for calibration and validation, respectively. After the calibration and validation processes in Mazer watersheds, the fitted values for the most sensitive parameters have been applied at El Himer watershed and both models were executed for a period of 5 years to estimate streamflow and soil erosion at Mazer and El Himer watershed. The results showed that all studied subwatersheds present a weak amount of soil erosion rate, with a maximum of 5.20 t/ha/year. Generally, soil erosion in the El Himer is slightly high. The average annual values recorded of sediment yield at Mazer and El Himer were 725 and 2991 tons/year, respectively. Moroever, the results obtained can be used in other watersheds which present the same characteristics. The interest shown in this type of study stems from our major problem inherent in the developing country, where very few measuring stations are available. It is hoped to demonstrate the utility of regionalization and to encourage modellers to work more on ungauged watersheds.
Keywords: Data availability, ungauged watershed, regionalization, soil erosion, SWAT model
Деградация, восстановление и охрана почв
Дридигер В. К., Иванов А. Л., Белобров В. П., Кутовая О. В. Восстановление свойств почв втехнологии прямого посева // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1111-1120. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090038
На европейской территории России применение на типичных и обыкновенных черноземах техно логии прямого посева за 4 года приводит к значимому росту содержания органического вещества в регионах с достаточным увлажнением и тенденцией к росту в регионах с недостаточным увлажнением (Ставропольский край и др.). Наблюдается также тенденция к увеличению содержания подвижного фосфора и обменного калия за 4 года проведения опыта без обработки почв. Урожайность сельскохозяйственных культур и рентабельность производства при длительном (более 7 лет) приме нении прямого посева приблизительно на 30%выше, чем при использовании традиционных техно логий. Применяемые в борьбе с сорняками нормы расхода глифосат-содержащих гербицидов можно существенно уменьшить при использовании в посеве почвопокровных культур, современных биохимических методов и при строгом соблюдении технологии применения гербицидов. В совокупности это приводит к увеличению количества и видового разнообразия микроорганизмов, способных подавлять патогенную микрофлору, существенно сокращая поражение растений болезнями и вредителями.
Ключевые слова: деградация почв, эрозия, биоразнообразие, глифосат, урожайность, микроорганизмы, мезофауна
Федотов Г. Н., Горепекин И. В., Лысак Л. В., Потапов Д. И. Аллелотоксичность почв и разработкасорбционно-стимулирующего препарата для ускорения начальной стадии развития растений из семян яровой пшеницы // Почвоведение.2020. № 9. С. 1121-1131. https://doi.org/10.31857/S0032180X2009004X
Разработан сорбционно-стимулирующий препарат для предпосевной обработки семян, включающий в свой состав бентонит кальция, гумат калия, автолизат пивных дрожжей, гиббереллин и по лиэтиленгликоль, который на различных почвах эффективно стимулирует развитие растений на ранних стадиях из семян яровой пшеницы. Показано, что высокая жесткость воды не оказывает негативного влияния на действие стимулятора, а раствор стимулятора надо готовить за 4–6 ч до применения. Он может храниться более недели, не теряя своих стимулирующих свойств. Установлено, что обработанные раствором стимулятора семена могут храниться более двух месяцев без потери эффективности действия стимулятора, а предпосевная обработка семян раствором стимулятора совместно с биологическими и химическими фунгицидами не снижает эффект действия стимулятора. Выяснено, что высушивание почвенных образцов до воздушно-сухого состояния заметно увеличивает аллелотоксичность почв, что, по-видимому, связано со структурным переходом в матрице почвенных гелей и большей доступностью для растений аллелотоксинов, которые закреплены на гидрофобных участках частиц, образующих почвенные гели.
Ключевые слова: стимуляция семян, предпосевная обработка семян, технологические параметры об работки семян, фунгициды, высушивание почвенных образцов, актуальная и потенциальная аллелотоксичность
Кашулина Г. М., Литвинова Т. И., Коробейникова Н. М. Сравнительный анализ температуры горизонта O подзола на двух в различной степени деградированных участках техногенно-трансформированной экосистемы (Кольский полуостров) // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1132-1143. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090087
С 22 сентября по 10 июля в 2014/2015 и 2015/2016 гг. измеряли температуру верхнего горизонта О подзола (Albic Podzol) на двух участках сильнозагрязненной и деградированной экосистемы в окрестностях медно-никелевого предприятия на Кольском полуострове: на преобладающей в структуре экосистемы техногенной пустоши без напочвенного покрова и на разрастающегося в ответ на снижение выбросов небольшого куста вороники (Empetrum hermaphroditum). Как показали результаты, почвы под куртиной угнетенной вороники и пустоши техногенной значительно различались по всем общим температурным показателям. Почва под куртиной вороники была подвержена значительно меньшим колебаниям температуры, как за период исследований, так и в суточном цикле. В осенний период она дольше поддерживала температуру в положительной области и эффективнее смягчала первые ночные заморозки. Из-за темной окраски разрушающегося гор. О почва пустоши лучше прогревалась и характеризовалась более высокими дневными и среднесуточны ми температурами в летний период. В осенний период до формирования постоянного снежного покрова почва пустоши, наоборот, сильнее промерзала вслед за резкими снижениями температуры воздуха. Таким образом, наличие даже угнетенного напочвенного покрова предохраняло почву от резких колебаний температуры, обеспечивая более стабильные температурные условия для роста растений. В отсутствии напочвенного растительного покрова дополнительное иссушение в летний период и резкие одновременные снижения температуры почвы и воздуха осенью могут быть дополнительными к экстремальному загрязнению стресс-факторами для выживших древесных растений и их сеянцев.
Ключевые слова: температура почвы, деградированный подзол (Eroded Albic Podzol), напочвенный покров, техногенная пустошь (technogenic barren), медно-никелевое предприятие
Фрид А. С., Борисочкина Т. И. Миграционная подвижность тяжелых металлов всильнозагрязненных почвах в окрестностях комбината “Североникель” (Мурманская область) // Почвоведение. 2020. № 9. С.1144-1154. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090051
Оценена миграционная подвижность Cd, Co, Cu, Ni, Zn в подзолах (Podzols) и органогенных почвах (Histosols) в зоне многолетнего воздействия Мончегорского медно-никелевого комбината (Мурманская область) с использованием параметров диффузионной и конвективно-диффузионной моделей. Найденные значения диффузионных параметров не противоречат данным по другим регионам. В большинстве случаев конвективный перенос тяжелых металлов был достоверно направлен вниз со скоростью от 0.126 до 0.31 см/год, в остальных случаях значимо не отличался от нуля. Подзолы и органогенные почвы в среднем по совокупности тяжелых металлов не различались по диффузионным параметрам, но различались по скорости конвективного переноса, которая в органогенных почвах была значительно меньше. Модельные оценки поступления загрязняющих элементов в почву не были связаны с расстоянием от комбината. Из-за недостаточного объема выборки не удалось оценить связи параметров миграции со свойствами почв, а связь их с химической подвижностью (вытяжка ацетатно-аммонийным буфером) проявилась в виде недостоверной тенденции.
Ключевые слова: кадмий, кобальт, медь, никель, цинк, миграционная подвижность в почвах, динамические модели миграции, подзолы (Podzols), органогенные почвы (Histosols), Кольский полуостров
Fatemeh Sedighi, Abdulvahed Khaledi Darvishan, Valentin Golosov, Mohamad Reza Zare Relationshipbetween precipitation and inventories of fallout radionuclides (137Cs and 210Pb) in the undisturbed soils around the world: A review // Eurasian Soil Science. 2020. № 9.
Опубликована только в английской версии
Concurrent with the Chernobyl accident along the explosions caused by nuclear tests and advances in nuclear sciences, researchers around the world have been trying to examine the potential of fallout radionuclides for accurate estimation of soil erosion and redistribution. The inadequacy of the existence of radionuclides and the complexity of factors affecting the amount of these elements in soil are among the important limiting factors in usage of radionuclide materials in soil erosion studies. As the most widely used radionuclides in soil erosion studies, 137Cs and 210Pb come from two different origins of anthropogenic and geogenic, respectively. Since the 137Cs and 210Pbexcess reach the soil surface mainly through precipitation, the climate and latitude play important roles on the existence of radionuclides in the soil. Due to the location of the point sources of 137Cs, the coordinates of the site under consideration and the wind regimes can also be very important to affect the precipitation and consequently, the inventories of 137Cs. Awareness of the range of possible changes of 137Cs and 210Pbexcess in undisturbed soil is an important step to improve and validate soil erosion estimation results. Accordingly, the present research reviews the data of the mean annual precipitation and inventory of 137Cs and 210Pbexcess in undisturbed soil and presents some regression equations for different climates and latitudinal zones of the world. Based on the results, the inventory of 137Cs in undisturbed soil can be estimated statistically acceptable only in two latitudinal zones of 16-25° N and 26-35° N. While due to the small amount of data and the impossibility of data separation for different zones and climates, the inventory of 210Pbexcess can be estimated statistically acceptable given all the data without considering the latitudinal zones. The estimations of the inventories of 137Cs and 210Pbexcess in undisturbed soil is statistically acceptable in two temperate and continental climates and only temperate climate, respectively.
Keywords: Fallout radionuclides, Köppen-Geiger climates, Latitudinal zoning, Soil Erosion
