Почвоведение №8, 2022
Генезис и география почв
Замотаев И.В., Грачева Р.Г., Михеев П.В., Конопляникова Ю.В. Формирование и трансформация почв в районах размещения отходов сахарной индустрии (обзор) // Почвоведение. 2022. № 8. С. 949-961. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080159
Приводится обзор современных представлений о почвообразовании на выведенных из эксплуатации полях фильтрации сахарных заводов, а также тенденциях изменения свойств почв при применении отходов в земледелии в качестве органических удобрений в разных природно-климатических зонах. Рассматриваются физико-химические и биологические свойства почв, сформированных на разных элементах полей фильтрации в черноземной зоне России. На межсекционных валах на материале, извлеченном из прудов-отстойников (карт, чеков) в процессе их сооружения, формируются темногумусовые типичные почвы; в случаях, когда валы перекрыты твердыми отходами сахарных заводов (дефекатом), выделены пелоземы техногенные. В пределах днищ заброшенных карт на осадках сточных вод выделяются стратоземы техногенные темногумусовые; при механическом удалении техногенного осадка через 30–40 лет формируются (перегнойно)-темногумусовые гидрометаморфизованные почвы с яркими признаками биотурбаций. По сравнению с фоновыми черноземами в почвах днищ карт наблюдаются обилие органических остатков, увеличение щелочности, содержания элементов питания, ожелезнение, формирование фосфатных и карбонатных новообразований, загрязнение кадмием и цинком, повышенные уровни среднегодовой эмиссии парниковых газов. Внесение отходов сахарного производства (щелочного дефеката и сильнокислого свекловичного жома) в чистом виде или в сочетании с удобрениями рассматривается как один из приемов биологизации земледелия. Однако по сравнению с контрольными вариантами, это не всегда приводит к улучшению показателей почв и повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: новообразованные почвы, свеклосахарное производство, сточные воды, поля фильтрации, утилизация отходов, Cambisols, Fluvisols, Technosols
Д. А. Лопатина, О. Г. Занина, Д.Г. Фёдоров-Давыдов Особенности сохранности спор и пыльцы в почвах в зоне распространения многолетнемерзлых отложений Якутии // Почвоведение. 2022. № 8. С. 962-974. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080093
Представлены результаты изучения качественного и количественного состава спор и пыльцы из почв в зоне распространения многолетнемерзлых отложений Якутии (Колымская низменность, п-ов Быковский, г. Якутск и его окрестности) с целью выявления основных криогенных нарушений палиноморф и анализа механизмов их криогенной деструкции. Исследованы качественный и количественный составы палиноморф, проанализированы закономерности формирования на них повреждений и механизм криогенной деструкции. Палинологические остатки с разрушениями химико-биотического типа (истончение оболочек, образование каверн в результате воздействия на них микробов) присутствуют единично или отсутствуют, вероятно, это обусловлено спецификой криолитозоны с преобладанием низких температур в течение года и в целом подавленной микробиологической активностью. Обычно на спорах и пыльце преобладают разрушения физического типа (разрывы и трещины). В пробах из минеральных горизонтов суглинистых почв содержание поврежденных палинологических остатков составляет 5–10%, в минеральных горизонтах песчаной почвы оно достигает 20%. В последних содержание пленок незамерзшей воды, выполняющих криопротекторную роль, низкое, соответственно палиноморфы больше подвержены разрушению растущими кристаллами льда при промерзании. Наиболее подвержена разрушению пыльца голосеменных относительно крупных размеров Pinus и Larix, стабильно фиксируются повреждения на преобладающей в спектрах пыльце Poaceae и Betula sect. Nanae, а также Cyperaceae и Ericaceae; единично и спорадически – на пыльце второстепенных и единичных таксонов: Salix, Duschekia, Asteraceae, Onagraceae, Ranunculaceae, Caryophyllaceae и спорах Sphagnum и Bryales. Отсутствуют нарушения на пыльце трав Valeriana, Polemonium, Artemisia, Chenopodiaceae, Polygonaceae и спорах Lycopodium, Diphasiastrum, Selaginella и Polypodiaceae. Полученные результаты могут быть использованы при реконструкции палеогеографических условий времени формирования погребенных почв, а также при изучении криоконсервации биологических объектов в районах многолетней мерзлоты.
Ключевые слова: тафономия, криосфера, повреждения палиноморф
Химия почв
О.А. Трубецкой, О.Е. Трубецкая Анализ молекулярных механизмов трансформации компостных органических отходов с помощью комбинации электрофореза, эксклюзионной хроматографии и абсорбционной спектроскопии // Почвоведение. 2022. № 8. С. 975-980. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080147
Гуминоподобные вещества из компоста в начале и через 130 дней компостирования исследовали с помощью комплекса аналитических методов, включающих аналитический электрофорез в 10%-ном полиакриламидном геле в присутствии денатурирующих агентов, абсорбционную спектроскопию и эксклюзионную хроматографию на сефадексе G-75. Показано, что трансформация органических остатков в процессе компостирования сопровождается уменьшением весовой доли фракций наибольшего молекулярного размера и формированием значительного количества фракций наименьшего молекулярного размера с одновременным увеличением доли ароматических компонентов в препарате компостных гуминоподобных веществ. Использованный комплекс аналитических методов можно применять для оценки эффективности различных процессов компостирования органических бытовых и промышленных отходов. Одновременно такой подход может быть полезным при решении задач восстановления почвенного плодородия.
Ключевые слова: компостные гуминоподобные вещества, стабильные электрофоретические фракции, спектры поглощения, коэффициенты удельной экстинкции и цветности
В.А. Крылов, В.Г. Мамонтов, В.И. Лазарев, О.В. Рыжков Влияние различного землепользования на элементный состав лабильных гумусовых веществ чернозема типичного Курской области // Почвоведение. 2022. № 8. С. 981-989. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080081
Изучен элементный состав лабильных гумусовых веществ, переходящих в непосредственно 0.1 М NaOH вытяжку, чернозема типичного, находящегося под различными ценозами. Судя по величине отношения Н : С, изменяющейся в пределах 1.55–1.91, в их составе алифатические структуры преобладают над циклическими компонентами. Под влиянием агрогенного воздействия развиваются процессы деметилирования, дегидрогенизации и окисления лабильных гумусовых веществ чернозема. В результате лабильные гумусовые вещества теряют алифатические компоненты и обогащаются окисленными азотсодержащими циклическими структурами. Интенсивность данного процесса увеличивается в ряду бессменная озимая пшеница > бессменная кукуруза > бессменный пар. При этом лабильные гумусовые вещества чернозема бессменного пара являются наименее энергоемкими соединениями, судя по значениям теплоты сгорания, найденным на основании данных элементного анализа. За 23 года, прошедших после перевода бессменного пара в залежь (представлена злаково-разнотравной ассоциацией), в элементном составе лабильных гумусовых веществ чернозема типичного не произошло существенных изменений, отмечается лишь тенденция к обогащению их новообразованными алифатическими азотсодержащими восстановленными и более энергоемкими соединениями.
Ключевые слова: теплота сгорания органического вещества, степень окисленности гумусовых веществ, графико-статистический анализ, Haplic Chernozem
Chuong V. Huynh, Phuong T. Nguyen, Tung G. Pham, Hai T. Nguyen, Mai T. H. Nguyen, Phuong T. Tran''Evaluation of Soil Organic Matter Content under TopographicInfluences in Agroforestry Ecosystems: a tudy in Central Vietnam,'' Eurasian Soil Science, 55 (8), - (2022). https://doi.org/10.1134/S106422932208004X
We investigate the key predictors that influence the soil organic matter (SOM) content in higher altitude plantations. This is to study the potential of carbon sequestration for recapturing CO2 from the atmosphere, which is an important consideration in mitigating global climate change. This research applied distancebased linear models to evaluate and predict the influence of topography and types of land use on soil carbon storage in the tropical mountainous areas of Central Vietnam. Three predictors plantation, altitude, and slope together explained 73.8% of the SOM variation. We focused on four types of plantations including acacia, rubber tree, cassava plantations, and plantations with rotation system between acacia and cassava. We found that they had different carbon accumulation, which depended on various characteristics of the terrain. The acacia plantation forest stored the highest amount of SOM and was less sensitive to changes in altitude. The soil carbon content in cassava plantations was the lowest, and altered considerably with altitude. SOM content in rubber tree and acacia-cassava rotation plantations were similar to each other. Altitude was the most critical driver in affecting the capacity of soil carbon sequestration in each plantation. In higher elevation zones, soil carbon stock was greater, which was probably related to decreasing decomposability by microorganism, and increasing carbon content in foliage and leaf litter. The carbon retention tended to increase gradually over an elevation range of 133–300 m a.s.l. The effects of the terrain slope were observed, when considering certain types of land use, and ones with small altitude disparity. In the slope range of 0° to 20°, the carbon pool showed a tendency to increase its capacity. Higher slope gradients, however, could hinder carbon retention due to organic material loss through erosion. In particular, when the slope was above 30°, the soil organic matter content decreased substantially. Keywords: altitude, land use types, acacia, rubber tree, cassava plantations, slope, soil organic carbon
Физика почв
Ibrahim O.M., Eman H. El-Gamal, Kh. M. Darwish, Nima Kianfar ''Modeling Main and Interactional Effects of Some Physiochemical Properties of Egyptian Soils on Cation Exchange Capacity Via Artificial Neural Networks,'' Eurasian Soil Science, 55 (8), - (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322080051
The application of artificial neural networks (ANNs) in agricultural sciences has proved its importance as a mathematical modeling technique for prediction and providing information about the direct effects (relative importance) of the inputs. Many methods have been examined to measure the relative importance (direct or maineffects) of inputs: however, they never report any details regarding the relative importance of interactions among inputs. Indeed, the relative importance explains the role of predictors to better understand the effect of each predictor separately. A total of seven ANN based methods were used in this study to estimate the relative importance (effects) of EC, pH, CaCO3, OM, Silt, and Clay on Cation Exchange Capacity (CEC), six of them were used to estimate main effects only, while the seventh one was proposed to estimate both main and interactional effects. The generalized weights (GW) method expresses the importance of independent variables or predictors in ANN models. Nevertheless, it cannot provide any information about the interactions among them. The current study proposes a modification algorithm to the GW method to assess the relative importance of both direct and interactional effects of the selected inputs. The modified generalized weights (MGW) have been examined on an empirical dataset. The empirical dataset presents some chemical soil properties (EC, pH, CaCO3, OM, Silt, and Clay as inputs, and CEC as output). This dataset was divided into three subsets because Silt, Clay, and Sand have multicollinearity and should not be examined together when modeled in ANN. The first subset consists of EC, pH, CaCO3, OM, Silt, and CEC. Silt was replaced with Clay and Sand in the second and third subsets, respectively. All the methods performed well except for Garson’s algorithm and improved Garson’s algorithm. The results of the three subsets revealed that Silt, Clay, and Sand were the most effective components to CEC, followed by EC, pH, CaCO3, OM. Most of the interactions were negative, which means that when one property increased, the effect of the other property on CEC decreased. In contrast, positive interactions mean that when one property increased, the effect of the other property on CEC increased. The MGW seems to be more efficient in providing indexes regarding the direct effects of inputs and their interactions.
Keywords: interactional effects, generalized weights, soil properties, Garson’s algorithm, Egypt
Биология почв
А. В. Головченко, Т. А. Грачева, В. А. Лыпкань, Т. Г. Добровольская, Н. А. Манучарова Актиномицетные комплексы низинных торфяников // Почвоведение. 2022. Т. 67. № 8. С. 990-999. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080020
Изучены актиномицетные комплексы низинных торфяников различного генезиса: озерного, лесного и пойменного заболачивания (Тверская и Томская области, Россия). Образцы из торфяников (мощностью 3 м) отбирали послойно с учетом ботанического состава торфов в конце сентября 2019 г. Длину и биомассу актиномицетного мицелия определяли люминесцентно-микроскопическим методом, численность культивируемых актиномицетов – чашечным методом. Видовую идентификацию актиномицетов проводили на основании морфологических, культуральных признаков и анализа фрагментов 16S pРНК. Антагонистическую активность стрептомицетов исследовали методом агаровых блоков. Актиномицетный мицелий обнаруживали по всему профилю торфяников, его длина варьировала от 700 до 3000 м/г, биомасса – от 22 до 140 мкг/г сухого торфа. Впервые выявлена достоверная зависимость содержания актиномицетного мицелия от ботанического состава и степени разложения торфов, слагающих профили исследуемых торфяников. Актиномицеты были представлены родами: Streptomyces, Micromonospora, Streptosporangium, Streptoverticillium. Доминирующие по частоте встречаемости представители рода Streptomyces были отнесены к 19 видам из 9 серий и 5 секций. У 70% актиномицетов обнаружена способность к микроаэрофильному росту, что свидетельствует об их адаптации к дефициту кислорода, существующему в глубоких слоях торфяников. Антибактериальной активностью обладали 89% изолятов. Наиболее активными оказались штаммы S. avicenniae и S. caeruleus. Они характеризовались множественной резистентностью к антибиотикам.
Ключевые слова: торфяные эутрофные почвы, Sapric Histosols, актиномицетный мицелий, культивируемые актиномицеты, микроаэрофильный рост, антибактериальная активность, антибиотическая активность
А.В. Назаров, Л.Н. Ананьина, А.А. Горбунов, А.А. Пьянкова Бактерии-продуценты эктоина ризосферы растений, произрастающих на техногенной засоленной почве // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1000-1008. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080123
С целью исследования ризосферных сообществ бактерий-продуцентов эктоина, а также оценки влияния данного осмопротекторного соединения на растения, в условиях техногенного засоления изучены сообщества бактерий ризосферы растений видов марь красная (Chenopodium rubrum L.) и бескильница расставленная (Puccinellia distans (Jacq.) Parl.), произрастающих на техногенной почве (Technosol) вблизи солеотвала предприятия Соликамского калийного производственного рудоуправления 2 ПАО “Уралкалий” (г. Соликамск, Пермский край). Обнаружено, что подавляющее большинство бактерий в изученной почве способно к синтезу эктоина. Установлено, что концентрация эктоина, как и численность бактерий-продуцентов, больше в ризосфере, чем в почве без растений. Концентрация эктоина в ризосфере мари красной составляла 167.4 ± 9.8 мкмоль/кг, в ризосфере бескильницы расставленной – 92.9 ± 14.1 мкмоль/кг, в почве без растений – 23.9 ± 8.4 мкмоль/кг. В составе бактериального сообщества ризосферы мари красной преобладали бактерии, принадлежащие роду Pseudomonas, в ризосфере бескильницы расставленной – представители рода Halomonas. Показано стимулирующее влияние на рост корня проростков в условиях солевого стресса штаммов: Halomonas sp. МК 2-1, Pseudomonas sp. BR 19-12, Dietzia sp. PMK 9, способных к продукции эктоина. Полученные данные указывают на существование положительного воздействия ризосферных бактериальных сообществ на растения в условиях засоления вследствие продукции эктоина и могут быть использованы для создания биотехнологий, повышающих продуктивность растений, произрастающих на засоленных почвах.
Ключевые слова: эктоин, бактериальные сообщества, солеотвалы, осмопротекторные соединения
О.Ю. Гончарова, О.В. Семенюк, Г.В. Матышак, Л.Г. Богатырев Биологическая активность городских почв: пространственная вариабельность и определяющие факторы // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1009-1022. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080032
Проведена оценка величины и пространственной вариабельности свойств и параметров биологической активности антропогенно-сформированных почв территории МГУ им. М.В. Ломоносова, а также факторов, ее определяющих. Свойства верхнего горизонта исследованных почв ожидаемо отличаются от свойств природных зональных почв в сторону увеличения величины рН (6.1–7.2), существенного увеличения содержания общего углерода (0.9–10.6%) и его запасов в верхнем слое 0–10 см (0.7– 7.2 кг/м2). Большинство объектов характеризовались повышенными величинами микробного дыхания (до 8 мг C–CО2/(кг ч)) по сравнению с зональными почвами при сравнимых величинах эмиссии с поверхности (230–750 мг СО2/(м2 ч)). Установлено высокое варьирование ряда почвенных свойств: влажности, эмиссии СО2, содержания общего углерода, микробного дыхания, целлюлозолитической активности, которое формируется под влиянием суммы антропогенных и природных факторов. Вариабельность увеличивается в ряду эмиссия–микробное дыхание–целлюлозолитическая активность. Высокая вариабельность почвенных свойств затрудняет определение критериев для выделения площадей опробования, которые значимо различаются. Наиболее тесные корреляционные связи с факторами среды выявлены для показателя микробного дыхания. По полученным данным главными предикторами этой величины являются содержание углерода и влажность, связь с влажностью больше (r = 0.87, р = 0.0002). Значительная обогащенность почв углеродом определяет потенциальную вероятность увеличения потока СО2 при изменении параметров функционирования почв. Сложности в интерпретации результатов возникают из-за наличия неучтенных антропогенных факторов вариабельности, которые не входят в общепринятый набор для подобного рода исследований.
Ключевые слова: антропогенно-сформированные почвы, гидротермический режим, микробное дыхание, факторный анализ, эмиссия СО2, Hortic Phaeozem (Organotransportic, Technic), Urbic Technosol
М.Н. Маслов, Л.А. Поздняков, О.А. Маслова Нитрификация в эутрофных торфяниках разного типа землепользования // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1023-1034. https://doi.org/10.31857/S0032180X2208010X
Оценено профильное распределение почвенных свойств и интенсивности нетто-нитрификации в эутрофных торфяниках Яхромской поймы (Московская область) разного типа землепользования: лес, постагрогенная залежь, а также пахотные участки, с продолжительностью возделывания более 50 и 100 лет. Выявлено, что тип землепользования оказал значимое влияние на содержание органического углерода, общего азота, соотношение C : N, а также содержание нитратного азота и скорость нетто-нитрификации только в поверхностных слоях торфа (0–20 и 20–40 см). Влияние типа землепользования на процессы азотного цикла в почве проявляются через изменение количества, качества и регулярности поступления свежего растительного опада. Установлено, что нитрификация являлась основным процессом микробиологической трансформации соединений азота в торфяниках вне зависимости от типа использования, при этом пахотные торфяники характеризовались меньшей скоростью нитрификации по сравнению с торфяниками под лесной растительностью. В лесном торфянике автотрофный путь нитрификации преобладал над гетеротрофным, в то время как для агрогенных и постагрогенных торфяников интенсивность автотрофной и гетеротрофной нитрификации была сопоставима. Первая стадия автотрофной нитрификации осуществлялась преимущественно аммонийокисляющими археями, в то время как количество копий гена amoA бактерий было на 1–2 порядка меньше.
Ключевые слова: микробная биомасса почв, автотрофная нитрификация, гетеротрофная нитрификация, аммонийокисляющие археи, Histosols
Д.А. Никитин, Л.В. Лысак, Д.В. Бадмадашиев Молекулярно-биологическая характеристика почвенного микробиома северной части архипелага Новая Земля // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1035-1045. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080135
Молекулярно-биологическими методами изучен микробиом пелоземов сильноскелетных остаточно-карбонатных (Skeletic Leptosols (Loamic)), карбопетроземов (Calcaric Leptosols (Protic)), петроземов (Skeletic Leptosols (Protic)) и криоземов (Oxyaquic Cryosols (Loamic)) севера Новой Земли. Численность архей колебалась от 2.30 × 107 до 1.63 × 109 копий 16S рРНК генов/г почвы. Количество бактерий варьировало от 3.47 × 108 до 2.26 × 1011 копий 16S рРНК генов/г почвы. Численность грибов изменялась от 8.87 × 106 до 7.56 × 109 копий ITS рРНК генов/г почвы. Содержание копий рибосомальных генов всех групп микроорганизмов резко сокращалось вниз по профилю. Среди прокариот доминировали (до 90% обилия) бактерии. Наибольшим обилием (>20%) характеризовались филумы Proteobacteria, Actinobacteria и Acidobacteria, а также Bacteroidetes, Firmicutes, Verrucomicrobia, Gemmatimonadetes и Chloroflexi (обилие 1–10%). На долю домена Archaea, представленного в основном родом Ferroplasma (филум Euryarchaeota), приходилось ≤4% прокариот. Таксономическое разнообразие прокариот увеличивалось вниз по профилям почв и принимало максимальные значения в надмерзлотных горизонтах, где велика численность филумов-кандидатов типичных для морских экосистем: Latescibacteria, Tectomicrobia, Parcubacteria, Saccaribacteria, Hydrogenedentes, Peregrinibacteria, Ignavibacteria, Gracilibacteria.
Ключевые слова: Арктика, экстремальные экосистемы, почва, количественная ПЦР, численность копий рибосомальных генов, ДНК-метабаркодинг
Guiru Zhao, Zhiwei Fan, Tongxin An, Lv Kai, Feng Zhou, M A FULLEN, Kaixian Wu, Bozhi Wu ''Long-Term Fertilizer Use Altered Soil Microbial Community Structure but Not -Diversity in Subtropical Southwestern China,'' Eurasian Soil Science, 55 (8), - (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322080178
Despite the general consensus that fertilizer is the most important driver of the evolution of soil microbial communities, the specific effects of long-term fertilizer use on microbial communities remain unclear. Here, we collected soil samples from fertilized (NPK) and unfertilized (NF) plots in a subtropical farmland in southwestern China. NPK plots were consistently treated with chemical fertilizer (nitrogen, phosphorous, and potassium) for the 20 years; NF plots were left unfertilized for the same period. To explore the effects of long-term fertilizer use on soil microbial community structure, microbial community composition in the topsoil was assessed using the bacterial 16S rRNA gene and the full-length fungal ITS1 gene. In conjunction, we measured various soil chemical properties. We found that metrics associated with soil fertility (i.e., total nitrogen, total phosphorus, total potassium, available nitrogen, available phosphorus, and available potassium) were significantly greater in the NPK samples as compared to the NF samples, but that soil pH was significantly lower. We also found that long-term fertilizer use reshaped soil microbial community composition but did not alter community α-diversity. Notably, the bacterial phyla Nitrospirae and Planctomycetes and the fungal phylum Ascomycota were closely associated with the NPK plot, influenced by soil organic matter, total nitrogen, available potassium, and available phosphorus, while the bacterial phyla Bacteroidetes and Chloroflexi and the fungal phyla Glomeromycota and Basidiomycota were closely associated with the NF plot, influenced by soil pH. Our results provide long-term data clarifying the microbial regulation mechanisms underlying the response of farmland soil to long-term fertilizer use in subtropical China.
Keywords: long-term fertilization, soil microbial diversity, bacterial community, fungal community, soil fertility
Минералогия и микроморфология почв
Khal, A. Algouti, and A. Algouti''Clay Mineralogy of the Wadi M’Goun Sediments, Their Source, and Distribution on the Southern Flank of the Central High Atlas Mountains (Morocco),'' Eurasian Soil Science, 55 (8), - (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322080063
Clay minerals are regarded as the most critical chemical and weathering components in ground. To establish the origin and distribution of the clay mineral associations of the Wadi M’Goun watershed, we have used mineralogical analyses on a set of fifty samples from channels sediments from the M’Goun watershed draining geologically diverse southern flank of the High Atlas mountain range. The analysis included X-ray diffraction for oriented clays and randomly oriented powders. The results indicate that the clay mineral assemblages primarily comprised of chlorite, illite, vermiculite, kaolinite, palygorskite, smectite, and sometimes interstratified clay minerals. In our study area, kaolinite was certainly of detrital origin since it was relatively abundant in quartz and feldspar-rich alluvium. Palygorskite was linked to the erosion of carbonates or detrital formations only with evaporitic layers. Chlorite was abundant in the fluvial clay cortege and ref lected a slight alteration of the sediments. Smectite resulted from inheritance and its abundance was controlled by water erosion. Illite presented in high amount along the rivers of the M’Goun watershed, indicates a heritage that suggested a detrital origin. The quantitative and qualitative assessments of the clay mineralogy conducted in mountain areas allowed us to establish their source and distribution, and to relate the mineralogy of clays to various factors inf luencing the mineralogical and geological transformation. These findings have important implications for our understanding of paleodepositional environments in a semi-arid to an arid climate.
Keywords: clay minerals, XRD analysis, paleoenvironment, provenance, semi-arid climate
Агрохимия и плодородие почв
Завьялова Н. Е. Углеродпротекторная емкость дерново-подзолистой почвы естественных и агроэкосистем Предуралья // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1046-1055. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080160
Количество стабилизированного и защищенного от разложения органического вещества в почве характеризует углеродпротекторную емкость почвы (Carbon Protection Capacity-CPC). Представлены экспериментальные данные по накоплению и потерям органического углерода в дерново-подзолистой почве (Eutric Albic Retisols (Abruptic, Loamic, Cutanic)) агроценозов Предуралья и дана характеристика целинных аналогов. Наибольшее уменьшение Сорг отмечено в бессменном чистом пару, скорость потери углерода в слое 0–20 см в первые 7 лет составила 0.04% С/год или 1.0 т С/(га год). Среди пахотных почв максимальным содержанием и запасами органического углерода характеризуется почва под многолетней бобовой культурой – козлятником восточным (Galéga orientalis). За 30 лет бессменного возделывания козлятника восточного запасы углерода в слое 0–20 см увеличились на 5.4 т/га, наблюдается увеличение гумусово-аккумулятивного горизонта почвы (А1) до 36 см относительно целинной почвы злаково-разнотравного луга (22 см). Естественные почвы находятся в равновесном состоянии, содержание Сорг под смешанным лесом в слое 3–20 см составляет 2.69 ± 0.02%, злаково-разнотравным лугом в слое 0–20 см – 1.25 ± 0.03%, запасы – 41.2 и 31.2 т С/га соответственно. Средняя величина углеродпротекторной емкости исследуемой почвы варьирует от 26.1 до 32.9 г С/кг в слое почвы 0–20 см и практически не зависит от приемов ее использования. Значимыми факторами, оказывающими влияние на содержание органического углерода, являются количество и качественный состав биомассы, поступающей в почву агроценозов.
Ключевые слова: целинные почвы (лес, луг), севооборот, бессменный чистый пар, органический углерод, секвестрация
Деградация, восстановление и охрана почв
Н. Б. Хитров, И .Н. Горохова, Е. И. Кравченко Засоление почв в постирригационных условиях на Генераловской оросительной системе в Волгоградской области // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1056-1070. https://doi.org/10.31857/S0032180X2208007X
Оценены современные тенденции постирригационного изменения солевого состояния почв Генераловской оросительной системы, расположенной в сухостепной зоне Волгоградской области на второй террасе р. Дон возле Цимлянского водохранилища. С середины 1990-х исследуемая территория не орошается. Использованы материалы полевых обследований, выполненных на данной территории в 1990 и 2020 гг., результаты водной вытяжки 1 : 5 за оба срока и измерения активностей ионов Na+, Ca2+ и Cl– в почвенных пастах с влажностью 40–45% с помощью ионоселективных электродов в 2020 г., аэрофотоснимок (1990 г.), космический снимок (2020 г.). В 1990-х гг. отмечалось вторичное засоление почв в результате подъема уровня грунтовых вод выше критического. За 25 лет отсутствия орошения произошло понижение уровня грунтовых вод глубже 5 м, постепенное рассоление вторичнозасоленных почв и развитие ощелачивания верхних горизонтов современных почв. На этом фоне текущее солевое состояние почв преемственно таковому 25 лет назад, что проявляется в сохранении общей тенденции пространственного распределения содержания солей в исследуемом ландшафте. В 2020 г. в некоторых почвах отмечено присутствие хлоридов кальция. Их наличие является критерием частичного сохранения следов вторичного засоления, возникшего к 1990-м годам. Показана возможность использования сочетания метода катен при наземном обследовании почв, космической информации и цифровых способов обработки данных для картографирования почвенного покрова, находящегося в постирригационных условиях, с отражением основных групп почв, глубины засоленного горизонта и наличия или отсутствия карбонатов с поверхности почв, сведения по которым необходимы при разработке и подборе оптимальных мелиоративных мероприятий. Ключевые слова: постирригационные почвы, солонцеватость почв, активность ионов натрия, признаки вторичного засоления почв, цифровое почвенное картографирование
Maurya, J. Susan A., Sripoorna Somasundaram, Sandeep, Jyoti Dagar, Rю Guptac, Seema Makhija, Pooja Bhagat and Ravi Toteja A ''A Comparative Study of Physical and Chemical Parameters and Ciliate Diversity of Leachate Contaminated Soil from the Landfill and the Soil from the Human Inhabitant Land,'' Eurasian Soil Science, 55 (8), - (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322080117
Landfilling is considered to be a safe and economical approach for waste disposal but this is true only for engineered landfills. Engineered landfills are seldom found in developing countries like India. The generation of leachate from the landfilled municipal solid waste (MSW) is a major concern nowadays. Leachate is the result of two main phenomena occurring in a landfill: infiltration of water in the deposited waste mass and mass transfer of substances from waste to infiltrating water. This leachate can cause severe environmental degradation and also pollute natural resources like soil and soil microbes. In the present study, the physical and chemical parameters and ciliate diversity of leachate contaminated soil from the Okhla landfill (Okhla L) and non-contaminated soil from human inhabitant site Acharya Narendra Dev College (ANDC) were compared. It was observed that the physical and chemical parameters namely, water holding capacity, pH, electrical conductivity, calcium and magnesium, calcium carbonate, soil organic matter, nitrogen and cation exchange capacity of soil contaminated with leachate from Okhla L was found to be significantly different from the ANDC. The concentration of various heavy metals such as Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb were found to be significantly different at both sites. Heavy metals viz, Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb were found to be much higher than permissible limits at Okhla L site. The various diversity indices for ciliate diversity were found to be significantly higher at ANDC. It is therefore affirmed that the disposal of municipal solid waste significantly alters the physical and chemical parameters of leachate contaminated soil. This study might help to understand that how MSW dumping affects physical and chemical parameters of soil and also its biological properties. The study also affirms that ciliates can act as bioindicators for assessing soil health and quality.
Keywords: ciliates, dumpsite, heavy metals, leachate, soil
Почвоведение №7, 2022
Тема номера: ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВИ ПРОЦЕССЫ ЕГО ТРАНСФОРМАЦИИ
Ответственный редактор С.Н. Чуков
Е. В. Абакумов, В.И. Поляков, С.Н. Чуков Подходы и методы изучения органического вещества почв карбоновых полигонов России (обзор) // Почвоведение. 2022. № 7. С. 773-772. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070024
Создание карбоновых полигонов для мониторинга процессов эмиссии и депонирования соединений углерода в наземных экосистемах является одной из приоритетных задач в области сохранения климата и биосферы в целом. Особенно велика роль почв, которые являются не только основным источником эмиссии парниковых газов в атмосферу Земли, но и долговременным резервуаром, депонирующим значительные количества органического углерода в виде почвенного гумуса. Обсуждены вопросы организации мониторинга парниковых газов на карбоновых полигонах, характере и методах пробоотбора почвенных горизонтов, методологических и методических подходах к определению содержания и запасов органического углерода в почвах. Указано на важность сведений о качественном и количественном составе почвенного органического вещества и гумусовых веществ, которые необходимы для работы современных имитационных моделей и адекватного расчета углеродных единиц для экономической оценки прямого и обратного “углеродного следа”, из-за которого перед Россией стоит ряд проблем, связанных с компенсацией выбросов углерода и “низкоуглеродной” экономикой. Рассмотрены необходимые объемы мониторинговых данных, которые необходимо получать на карбоновых полигонах для использования моделей ROMUL и Efimod. Подчеркнута необходимость адекватного пространственного охвата территории России сетью карбоновых полигонов. Особое внимание следует уделить северным и арктическим территориям распространения многолетнемерзлых пород, содержащих значительные количества органических веществ, которые при потеплении климата могут стать прекурсорами формирования и эмиссии значительных количеств углекислого газа и метана в атмосферу.
Ключевые слова: углеродные полигоны, секвестрация углерода, деградация ландшафта, ГИС технологии, изменение климата
Е. В. Шамрикова, Е. В. Ванчикова, Б. М. Кондратёнок, E. M. Лаптева, С. Н. Кострова Проблемы и ограничения дихроматометрического метода измерения содержания почвенного органического вещества (обзор) // Почвоведение. 2022. № 7. С. 787-786. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070097
Основополагающей характеристикой гумусового состояния почв является содержание почвенного органического вещества (ПОВ). В мировой практике для оценки содержания ПОВ активно используется дихроматометрический метод, имеющий значительное разнообразие методик измерения. Унификация способов определения содержания ПОВ, как и других параметров почв, является инструментом международной коммуникации, облегчающим взаимодействие специалистов при создании баз данных по почвам мира, инвентаризации и мониторинге почвенных ресурсов. Приведены сведения о том, что отдельные модификации метода Тюрина могут включать процедуры, снижающие точность измерения содержания ПОВ. Коллективом Института биологии разработана и аттестована новая модификация метода Тюрина, исключающая эти процедуры. Опытным путем установлена корректность введения в расчет содержания ПОВ поправочного коэффициента f = 1.15 для учета неполного окисления углерода органических соединений. Использование коэффициента f при погрешности измерений не более 20% обеспечивает получение результатов, согласованных с методами Уолкли–Блэка и высокотемпературного сжигания органического углерода на анализаторе.
Ключевые слова: метод Тюрина, модификации метода Тюрина, метод Уолкли–Блэка, унификация методов
В. А. Терехова, Е. В. Федосеева, М. И. Панова, С. Н. Чуков Биотестирование гуминовых продуктов как потенциальных ремедиантов (обзор) // Почвоведение. 2022. № 7. С. 795-807. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070103
Наличие экспериментально обоснованной оценки ремедиационных свойств гуминовых продуктов (ГП) – важное условие их безопасного и эффективного использования. Дан анализ существующих подходов к биотестированию ГП, которые позволяют сделать вывод об эффективности детоксикации почв и сопредельных сред и обеспечении жизнеспособности биоценозов при их применении. Обсуждаются преимущества и недостатки традиционных подходов к биотестированию ГП в почвенных средах на основе широко известных реакций высших растений и микроорганизмов, а также возможности альготестирования с применением флуоресцентных методов и микотестирования ГП в водных и искусственных питательных средах. Результаты экспериментальной проверки ремедиирующей способности ГП при биотестировании в средах, богатых органическими веществами, указывают на необходимость стандартизации условий количественной оценки их качества. Универсальной почвенной матрицей для первичной оценки ГП может служить стандартная искусственная почва (по ISO 11268-2). Для обобщающей характеристики качества ГП как потенциальных почвоулучшителей предлагается индекс ремедиации, рассчитываемый по данным химических, биоиндикационных и экотоксикологических исследований почвы, обработанной ГП.
Ключевые слова: гуматы, экология, ремедиация, детоксикация, химическое загрязнение, экологическое качество, индекс ремедиации
Д. Н. Габов, Е. В. Яковлева, Р. С. Василевич, И. В. Груздев Распределение н-алканов в бугристых торфяниках крайнесеверной тайги Европейского северо-востока России и их значение для палеоклиматической реконструкции // Почвоведение. 2022. № 7. С. 808-824. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070048
В исследованных торфяниках определены н-алканы С14Н44–С31Н64, содержание которых по всем исследованным профилям почв связано как с разным ботаническим составом растительных остатков торфяников, так и разными климатическими условиями их формирования (температура, влажность). Суммарное содержание н-алканов максимально в период климатического оптимума голоцена и составляет 104–191 мкг/г для исследованных торфяников крайнесеверной тайги. Исследования состава н-алканов (гомологов с нечетным числом атомов углерода С21Н44, C23Н48, C25Н52, C27Н56, С29Н60, С31Н64) и их соотношений позволяют подтвердить особенности изменения растительных сообществ в слоях торфа, климатические условия генезиса торфяных почв. Полученные результаты в комплексе с радиоуглеродным и палеоботаническим анализами могут быть использованы для индикации исходной растительности по периодам торфообразования в голоцене и более точной реконструкции генезиса торфяника.
Ключевые слова: многолетняя мерзлота, палеорастительность, палеоклимат, торф, голоцен, биомаркеры
И.Н. Курганова, В.М. Телеснина, В.О. Лопес де Гереню, В.И. Личко, Л.А. Овсепян Изменение запасов углерода, микробной и ферментативной активности агродерново-подзолов южной тайги в ходе постагрогенной эволюции // Почвоведение. 2022. № 7. С. 825-842. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070073
Органическое вещество (ОВ) почвы в значительной степени контролирует экосистемные функции почвы и является источником энергии и питательным субстратом для почвенного микробного сообщества. На примере хроноряда агродерново-подзолов (Retic Albic Podzol, южно-таежная зона, Костромская область), выведенных из сельскохозяйственного использования 11, 16 и 40 лет назад, проанализирована постагрогенная динамика содержания органического углерода (Сорг), общего азота (Nобщ) и их отношения C/N, значений рН, показателей микробиологической и ферментативной активности почв. Для почв хроноряда были также оценены стратификационные отношения (СтО) (0–5 : 5–10; 0–10 : 10–20 и 0–10 : 20–30) для содержания Сорг и Nобщ. Показано, что в ходе постагрогенной сукцессии в слое 0–5 см наблюдается достоверное увеличение содержания Сорг и Nобщ, а также усиление стратификации их распределения в пределах старопахотной толщи, особенно после образования сомкнутого древостоя на бывших пахотных почвах. Постагрогенная сукцессия также способствует росту скорости базального дыхания и содержания микробной биомассы, максимальные значения которых в пределах рассматриваемого хроноряда были характерны для почвы 40-летнего мелколиственного леса. По мере естественного лесовосстановления на бывших пахотных почвах выявлено достоверное усиление фосфатазной активности в пределах всего старопахотного горизонта. Пики активности оксиредуктаз соответствуют стадиям сукцессии с максимальным поступлением легкоразлагаемого растительного опада. За 40 лет постагрогенной сукцессии наблюдается статистически значимое увеличение всех анализируемых показателей (за исключением значений рН) в слое 0–5 см, который более других обогащен органическим веществом.
Ключевые слова: органическое вещество, базальное дыхание, микробная биомасса, фосфатаза, оксидоредуктазы, стратификационное отношение, постагрогенные почвы, естественное лесовосстановление, Retic Albic Podzol
А.Г. Заварзина, В.В. Демин, О.В. Белова, А.А. Леонтьевский, А.В. Лисов Гетерофазный синтез гуминовых веществ иммобилизованной лакказой в проточных условиях при низких концентрациях субстрата // Почвоведение. 2022. № 7. С. 843-859. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070140
Гуминовыми веществами (ГВ) называют совокупность гетерогенных и полидисперсных соединений, образующихся при трансформации органических остатков в почвах и других природных средах. Роль свободнорадикальных реакций конденсации (вторичного синтеза) в образовании ГВ является предметом дискуссий. Изучена возможность синтеза ГВ из мономеров в динамических условиях и при низких концентрациях веществ в присутствии лакказы гриба Coprinus comatus F-2940. Лакказу иммобилизовывали на каолините, модифицированном гидроксидом алюминия. Исследованы некоторые свойства фермента, субстратная специфичность в отношении фенольных кислотпредшественников ГВ, влияние природы аминокислот на способность к образованию комплексов с фенольными кислотами в присутствии лакказы. При иммобилизации лакказы рН оптимум с 2.6-диметоксифенолом (2.6-ДМФ) смещался с рН 6.0 в кислую область (рН 4.4), уменьшалась термостабильность фермента, кинетические параметры окисления 2.6-ДМФ не менялись. По реакционной способности (процент конверсии кислот свободной лакказой) индивидуальные фенольные кислоты образовывали ряд: кофейная (72) > феруловая (53) > галловая = сиреневая (43) > протокатеховая (5.5) > > ванилиновая = п-гидроксибензойная (0). В смеси кислот наиболее эффективно окислялась галловая кислота (50%), остальные кислоты в сопоставимых количествах (13–17%). Конверсия фенольных кислот в их смеси увеличивалась в присутствии лизина. При пропускании смеси галловой, протокатеховой, сиреневой, феруловой кислот (0.01 мМ каждой) и лизина (0.02 мМ) через проточную микроколонку иммобилизованная лакказа эффективно окисляла фенольные кислоты, продукты реакции связывались с минеральной фазой, окрашивая ее в темный цвет. По данным высокоэффективной жидкостной хроматографии молекулярные массы веществ, экстрагированных с поверхности минерала, составляли 270–900 Да, то есть образовывались низкомолекулярные вещества типа фульвокислот. Установлена важная роль свободнорадикальных гетерофазных реакций в формировании молекулярного состава жидкой фазы и органо-минеральных комплексов.
Ключевые слова: органическое вещество почв, гумус, природное органическое вещество, гуминовые кислоты, фульвокислоты, свободнорадикальные реакции, фенолоксидаза
В.М. Cеменов, Т.Н. Лебедева, Н.Б. Зинякова, Д.П. Хромычкина, Д.А. Cоколов, В.О. Лопес де Гереню, И.К. Кравченко, Х. Ли, М.В. Семенов Зависимость разложения органического вещества почвы и растительных остатков от температуры и влажности в длительных инкубационных экспериментах // Почвоведение. 2022. № 7. С. 860-875. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070085
Температура и влажность являются главными внешними факторами, контролирующими разложение и минерализацию органического вещества в почве. В двух многомесячных опытах исследовали влияние температуры (8 и 22°C) и влажности (15, 30 и 45 мас. %) серой лесной почвы (Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic)) на разложение остатков деревьев (листья, мелкие ветви, тонкие корни) и сельскохозяйственных культур (надземная масса и корни клевера, солома и корни ячменя). Грубоизмельченные (2–10 мм) растительные остатки добавляли в почву в сухом виде в количестве 1% от массы почвы. Разложение органического вещества почвы и растительных остатков оценивали по количеству выделившегося из почвы С–СО2. Эффективность и скорость разложения органического вещества почвы и растительных остатков больше зависели от вида разлагаемого материала, чем от уровней температуры и влажности. Преимущественное разложение легкоразлагаемых компонентов скрадывало температурный отклик устойчивых соединений и низкокачественных растительных остатков. Медленно разлагаемые растительные остатки были более чувствительными к увлажнению почвы. Температурные коэффициенты Q10 минерализации органического вещества почвы и растительных остатков равнялись в среднем 1.66 ± 0.41 и 1.39 ± 0.06 соответственно, а влажностные коэффициенты W10 в диапазонах гравиметрической влажности 15–30 и 30–45% составляли для почвы 1.22 ± 0.09 и 1.21 ± 0.05 соответственно, а для растительных остатков – 1.29 ± 0.20 и 1.25 ± 0.13.
Ключевые слова: органический углерод, минерализация, диоксид углерода, температурный коэффициент Q10, влажностный коэффициент W10
Р. С. Василевич, О. Л. Кузнецов, Е. Д. Лодыгин, Э. П. Зазовская, А. Н. Панюков Эволюция органического вещества бугристых болот побережья Баренцева моря в условиях меняющегося климата // Почвоведение. 2022. № 7. С. 876-893. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070127
Выявлено влияние макропараметров (ботанического состава, степени разложения и радиоуглеродного возраста торфа) на молекулярный состав и структуру гуминовых кислот (ГК) бугристых болот побережья Баренцева моря с использованием современных физико-химических методов анализа (13С ЯМР спектроскопии и газовой хроматографии). Предложены прогнозные сценарии эволюции органического вещества бугристых торфяников Арктики и обоснованы показатели их отклика на изменение климата. Мольные отношения x(H) : x(C) показывают степень конденсации молекул ГК в периоды голоцена, а также значительную трансформацию ГК торфяных отложений сезонно-талого слоя в результате современного тренда потепления климата. Степень окисленности отражает динамику гидрологического режима болота. Выявлено, что в результате стабилизации почвенного органического вещества происходит увеличение доли ароматических и уменьшение содержания парафиновых и карбогидратных фрагментов в ГК. В составе последних происходит перераспределение доли пентоз и гексоз вследствие смены растительных сообществ и сокращение вклада длинноцепочечных алифатических структур парафинов.
Ключевые слова: Арктика, мерзлотные болота, изменение климата, палеорастительность, гуминовые кислоты
С.Н. Горбов, О.С. Безуглова, П.Н. Скрипников, С.А. Тищенко Растворимое органическое вещество в почвах Ростовской агломерации // Почвоведение. 2022. № 7. С. 894-908. https://doi.org/10.31857/S0032180X2207005X
Рассмотрены особенности гумусонакопления и миграции по профилю почвенного органического вещества, выделяемого экстракцией холодной и горячей дистиллированной водой. Определение углерода проводили на анализаторе TOC-L CPN Shimadzu. Определение азота вели с помощью анализатора азота (Elementar Analyze GmbH, Ханау, Германия). Почвы – черноземы миграционно-сегрегационные (Calcic Chernozems (Pachic)) под естественной степной растительностью, их аналоги под искусственными древесными насаждениями и урбостратоземы (Urbic Technosols (Molic), Urbic Technosol и Technic Chernozem (Calcic)). На долю растворимых фракций приходится лишь небольшая часть органического вещества почвы, не превышающая 0.14% от всей почвы, что соответствует 4.0% в пересчете на Сорг. Для урбиковых горизонтов антропогенных почв эта величина значительно меньше и составляет 0.04% в почве или около 2.0% от суммы Сорг. В почвах под лесной растительностью миграция органического вещества по почвенному профилю выражена сильнее. Наблюдается небольшое накопление ВОВ на уровне карбонатного барьера. Распределение ВОВ по профилю отличается для антропогенно-преобразованных и естественных почв: в антропогенной толще оно имеет хаотичный характер, а в погребенных слоях чернозема плавно уменьшается с глубиной. Длительная консервация под водонепроницаемыми либо полупроницаемыми покрытиями способствует тому, что в нижней части профиля антропогенных почв на уровне карбонатного барьера накопления ВОВ нет. ВОВ богаты азотом, причем в нижних горизонтах наблюдается явное доминирование этого элемента в органическом веществе горячей экстракции. Низкие коэффициенты экстинкции ВОВ в этих горизонтах говорят о наличии низкомолекулярных веществ фенольной природы.
Ключевые слова: черноземы миграционно-сегрегационные, парково-рекреационная зона, углерод водорастворимых соединений, азот водорастворимых соединений
Б.А. Борисов, О.Е. Ефимов, О.В. Елисеева Органическое вещество и физические свойства постагрогенной эродированной дерново-подзолистой почвы в сравнении с пахотным аналогом // Почвоведение. 2022. № 7. С. 909-917. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070036
В среднесмытой агродерново-подзолистой реградированной глубокоподзолистой тяжелосуглинистой почве (Albic Retisol (Loamic)) Московской области, находящейся в течение 22 лет в залежном состоянии, произошло достоверное увеличение содержания и запасов общего углерода по сравнению с пахотным аналогом, в основном за счет увеличения содержания углерода легкоразлагаемого органического вещества (легкой фракции). В залежной почве содержание углерода водоэкстрагируемого органического вещества было больше, чем в пахотной. Увеличение содержания этих групп лабильных органических веществ, по-видимому, обусловлено количеством и составом растительных остатков, поступающих в залежную почву, а также замедлением их минерализации по сравнению с пахотной почвой. Установлено существенное увеличение содержания легкой фракции в нижней части поля под пашней относительно верхней части, что связано с переносом легких частиц в результате водной эрозии. На поле под залежью эти различия минимальны. Наметилась тенденция к уменьшению плотности и плотности твердой фазы в слое 0–10 см залежной почвы по сравнению с пахотной за счет накопления растительных остатков в этом слое. Залежная почва характеризовалась бóльшим содержанием агрономически ценных агрегатов размером 0.25–10 мм, водоустойчивых агрегатов и крупных (>0.05 мм) микроагрегатов.
Ключевые слова: залежная почва, агрегатное состояние почвы, Albic Retisol (Loamic)
В. В. Тихонов, Е. Н. Воронова, М.М. Карпухин, Р.А. Аймалетдинов, В. В. Демин, О. Ю. Дроздова Влияние фракций растворенного органического вещества с разной молекулярной массой и Cd2+ на рост Scenedesmus obliquus // Почвоведение. 2022. № 7. С. 918-927. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070115
Изучено влияние фракций растворенного органического вещества (РОВ) с разной молекулярной массой и ионов Cd2+ на скорость роста Scenedesmus obliquus. Исследования проводили как отдельно для РОВ и Cd2+, так и при их совместном присутствии. Фракции РОВ (>30, 10–30, 3–10, 1–3 и <1 кДа) получали методом ультрафильтрации, рост водорослей фиксировали по содержанию хлорофилла, определяемого спектрофотометрически при 678 нм. Установлено, что Cd2+ в концентрации 5.62–22.5 мг/л стимулировал, а в концентрации 56.2 и 112.4 мкг/л подавлял рост водорослей. Фракции РОВ оказывали различное воздействие на S. obliquus. Они как подавляли, так и стимулировали рост водорослей в диапазоне 0.001–1 мг С/л, и эффект воздействия на скорость роста лежал в диапазоне ±10–25%. Наибольший положительный отклик на рост микроводорослей оказала фракция <1 кДа, что, вероятно, связано с активным участием данной фракции в питании организма. При наличии ингибирующих концентраций Cd2+ фракции РОВ 30, 1–3 и <1 кДа оказывали положительное влияние на рост S. obliquus. Возможными механизмами такого влияния РОВ являлось связывание с ним ионов Cd2+ (преимущественно на поверхности клеток водорослей), а также высокая биологическая активность его низкомолекулярной фракции <1 кДа. Впервые получены данные по влиянию тяжелых металлов на водоросли в присутствии фракций РОВ с разной молекулярной массой. Они расширяют наше представление о механизмах регулирования численности и состояния микроводорослей в экосистемах при воздействии на нее тяжелых металлов.
Ключевые слова: фракции растворенного органического вещества, молекулярный вес, водоросли, тяжелые металлы
О. С. Якименко, А. Р. Зиганшина, А. А. Степанов, И. Г. Панова, А. А. Ярославов Влияние полиэлектролитов на органическое вещество некоторых почв в модельных экспериментах // Почвоведение. 2022. № 7. С. 928-939. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070139
Изучено воздействие почвенных модификаторов нового поколения на основе полиэлектролитов (ПЭ) на качественный и количественный состав органического вещества двух почв: опесчаненного агрозема (Dystric Arenosol (Aric) с низким содержанием гумуса) и среднесуглинистой среднегумусированной серой почвы (Abruptic Luvisol (Siltic, Cutanic)). Полимерные рецептуры включали синтетический поликатион, поли(диаллилдиметиламмоний хлорид) (ПДАДМАХ), полианион гуминовой природы, “Лигногумат” (ЛГ), и катионный интерполиэлектролитный комплекс (ИПЭК) на их основе. В лабораторных экспериментах проанализирован состав почвенного органического вещества (ПОВ) после обработки ПЭ по сравнению с вмещающей почвой. На основе методов гельпроникающей хроматографии и обратно-фазовой гидрофобной хроматографии дана оценка влияния ПЭ на молекулярно-массовое распределение и амфифильные свойства ПОВ. Показано, что воздействие ПЭ зависит как от химической природы полимеров, так и от свойств почв. Обработка ЛГ способствует мобилизации подвижных фракций гумуса; ПДАДМАХ закрепляется в составе более прочносвязанных фракций. ИПЭК занимает промежуточную позицию, увеличивая выход подвижных фракций только в агроземе. Средневесовая молекулярная масса ПОВ незначительно уменьшается с внесением всех полимеров. Воздействие ИПЭК на амфифильность ПОВ зависит от свойств нативного гумуса почв: в серой почве увеличилась доля гидрофильных, а в агроземе – гидрофобных фракций. ПОВ почвы с низким содержанием гумуса и глинистой фракции более подвержено воздействию ПЭ. В более гумусированной, тяжелой почве полимеры эффективней связаны с почвенной органо-минеральной матрицей; их воздействие на ПОВ выражено слабо.
Ключевые слова: интерполиэлектролитный комплекс, поли(диаллилдиметиламмоний хлорид), лигногумат, молекулярно-массовое распределение, амфифильность органического вещества почв
В. А. Холодов, Ю. Р. Фарходов, Н. В. Ярославцева, А.Р. Зиганшина Неоднородность органического вещества агрегатов типичных черноземов // Почвоведение. 2022. № 7. С. 940-946. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070061
С агрегатов 2–1 мм типичных черноземов снимали слои последовательным истиранием в оборотном ротаторе в течение 5, 10, 15 и 39 ч. В процессе обработки агрегаты разделились на фракции размерами >1, 1–0.5, 0.5–0.25 и <0.25 мм. В полученных структурных отдельностях определили содержание углерода и азота. Методом аналитического пиролиза с газохроматографическим разделением продуктов и масс-детекцией оценили молекулярное строение органического вещества. В работе использовали образцы многолетних опытов (Курская область): вариант с бессменным черным парованием и вариант 17-летней залежи после черного пара. Показано, что получаемые истиранием частицы <0.25 мм принадлежат к периферийной части агрегатов, они содержат в среднем на 0.5% меньше углерода и 0.05% азота по сравнению с внутренней частью агрегатов – структурными отдельностями >0.5 мм и обрабатываемых на ротаторе не меньше 10 ч. Описанная зависимость наблюдается для агрегатов как пара, так и залежи. Для агрегатов залежи показаны четкие отличия по молекулярному составу органического вещества внешнего слоя от внутренней части агрегатов.
Ключевые слова: препарирование агрегатов, пиролиз газовая хроматография с масс-детекцией (ГХ/МС), многолетние опыты, Protocalcic Chernozems, пиридин, толуол
Почвоведение №5, 2022
Тема номера: Загрязнение почвы: Оценка, последствия и решения
Редакторы: Г.Н. Копцик, И.И. Толпешта
ИСТОЧНИКИ, ПУТИ И МАСШТАБЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ
А. И. Сысо, Д. А. Соколов, Т. И. Сиромля, Ю. В. Ермолов, И. Д. Махатков Антропогенная трансформация свойств почв ландшафтов Таймыра // Почвоведение. 2022. № 5. С. 521-537. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050082
В целях оценки экологического состояния и антропогенной трансформации почвенного покрова Таймыра изучены состав и свойства почв естественных и техногенных ландшафтов на северо-западе Среднесибирского плоскогорья и в Северо-Сибирской низменности. В техногенных ландшафтах исследованы литостраты сильнокаменистые (Skeletic Technosols) и органолитостраты торфяно-тяжелосуглинистые (Endoskeletic Technosols), в техногенно-нарушенных ландшафтах – подбуры (Spodic Cryosols), криоземы (Turbic Cryosols), хемокриоземы (Toxic Turbic Cryosol), хемолитоземы криогумусовые (Toxic Leptosols). В естественных ландшафтах низменности изучены криоземы, торфяно-криоземы (Histic Cryosols), торфяно-глееземы (Haplic Cryosols), аллювиальные (Fluvisols) и аллювиальные глеевые (Gleyic Fluvisols) почвы. На Таймыре располагается Таймыро-Норильская платиноидно-медно-никелевая провинция. Поэтому почвы Норильского промышленного района исходно или техногенно обогащены Cu, Ni, Co, Cr, S–SO4. В качестве региональных фоновых величин валового содержания тяжелых металлов и водорастворимых сульфатов предлагаются их значения (мг/кг почвы): для Северо-Сибирской низменности – Cu 45, Ni 45, Co 15, Cr 80, S–SO4 10; для Норильского промышленного района – Cu 75, Ni 90, Co 40, Cr 170, S–SO4 20.
Ключевые слова: деградация почв, оценка загрязнения, тяжелые металлы, сульфаты, фоновое содержание, региональные нормативы
Д. В. Власов, Н. Е. Кошелева, О. В. Кукушкина, Н. С. Касимов Уровни и факторы накопления металлов и металлоидов в придорожных почвах, дорожной пыли и их фракции РМ10 в Западном округе Москвы // Почвоведение. 2022. № 5. С. 538-555. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050112
Впервые для Москвы на примере Западного округа выполнен комплексный геохимический анализ 18-ти элементов (As, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, Sr, Ta, V, W, Zn), определенных масс-спектрометрией и атомно-эмиссионной спектроскопией с индуктивно связанной плазмой в придорожных почвах, дорожной пыли и их фракции физической глины (частиц диаметром <10 мкм, PM10). Приоритетными поллютантами придорожных почв и их фракции PM10 являются W, Sb, Mo, Cu, Cd, Sn, Zn, Bi. При этом концентрация большей части этих элементов в мелкодисперсной фракции РМ10 заметно больше. Количество приоритетных поллютантов в дорожной пыли при одинаковых уровнях накопления несколько меньше, чем в почвах. В частицах РМ10 почв и дорожной пыли набор приоритетных поллютантов совпадает, но уровни содержания во фракции РМ10 пыли примерно в 2 раза выше из-за большей удельной поверхности. В системе почвы – дорожная пыль формируется общий парагенезис W–Sb–Sn–Mo–Zn–Cu, причем в подсистеме, связанной с фракцией PM10, для Cu, Mo и Sb установлены значимые корреляции, что указывает на преобладающую роль тонких частиц в переносе элементов между почвами и пылью. Результаты регрессионного анализа показали, что аккумуляция химических элементов в почвах и их фракции PM10 определяется геохимической позицией, типом дороги, гранулометрическим составом и реакцией среды почв. Ведущими факторами накопления элементов в дорожной пыли и ее фракции PM10 являются объем выбросов автотранспорта и тип дороги, а также физико-химические свойства пыли. Загрязнение мелкодисперсной фракции пыли является очень высоким и очень опасным (суммарный показатель загрязнения Zc = 113), а аналогичной фракции придорожных почв – высоким, усиливаясь до очень высокого (Zc = 71) на крупных дорогах из-за воздействия транспорта. Загрязнение почв и дорожной пыли в ЗАО умеренно опасное с незначительными колебаниями на разных типах дорог.
Ключевые слова: гранулометрические фракции, физическая глина, тяжелые металлы, металлоиды, городские почвы, нелинейный регрессионный анализ, Urbic Technosols
Г. М. Кашулина Комплексный мониторинг окружающей среды в районе медно-никелевого предприятия на Кольском полуострове // Почвоведение. 2022. № 5. С. 556-570. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050021
На основе результатов комплексного мониторинга в ближайших окрестностях одного из наиболее крупных на севере Европы источников выбросов SO2 и тяжелых металлов проведено сравнение современных уровней загрязнения основных компонентов окружающей среды: атмосферных осадков, почв и семи видов дикорастущих растений. Несмотря на значительное сокращение количества выбросов в течение последних 20 лет, уровень загрязнения окружающей среды в локальной зоне в 2001–2011 гг. оставался экстремально высоким: превышение над фоном концентрации SO2 в воздухе составляло десятки–сотни раз, концентрации Ni и Cu в снеге – тысячи–десятки тысяч раз, концентрации Ni и Cu в верхнем органогенном горизонте подзолов (Podzols) – сотни–тысячи раз, концентрации Ni и Cu в листьях растений – десятки–сотни раз. При повышенных поступлениях с атмосферными осадками концентрации Zn и Mn в почвах остаются на близком к фону уровне, а растения испытывают острый дефицит этих важных микроэлементов. Это обусловлено прекращением потребления их растениями, удерживающими эти элементы в экосистемах. Ближайшие окрестности медно-никелевого индустриального комплекса представляют тот редкий случай антропогенного воздействия, когда его интенсивность и длительность сопровождается серьезными повреждениями растительности, вплоть до полного исчезновения, что, в свою очередь, оборачивается целым комплексом дополнительных к экстремальному загрязнению негативных экологических факторов: нарушением водного режима экосистем и ландшафтов, изменением микроклимата, деградацией почв с изменением их базовых свойств и морфологии, количественными и качественными изменениями биологического круговорота.
Ключевые слова: подзол, атмосферные осадки, растения, SO2, тяжелые металлы
Н. Е. Кошелева, Е. М. Никифорова, И. В. Тимофеев Загрязнение тяжелыми металлами и металлоидами и экологического состояния почв, назв г. Северобайкальска // Почвоведение. 2022. № 5. С. 571-585. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050045
На основе данных геохимической съемки территории г. Северобайкальска (Республика Бурятия) летом 2018 г. определены содержание и пространственное распределение 15-ти тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) в верхнем почвенном слое (0–10 см). Приоритетными загрязняющими ТММ верхнего слоя почв г. Северобайкальска являются Sb, Pb и W. Наиболее загрязненными являются почвы транспортной, промышленной и селитебной усадебной зон. В первых двух интенсивно накапливаются Sb, Pb, Cu, в усадебной застройке – Sb, W, Pb, Cd, Zn. ТММ образуют три ассоциации: V–Cr–Co–Ni ← Mn; Zn–Cd–Pb; Sn–Sb–Mo, поступающие из общих источников и обладающих близким распределением в почвенном покрове города. Аккумуляция ТММ в верхнем слое городских почв определяется содержанием оксидов Fe, Сорг, рН, а также функциональным назначением территории, определяющим источники и уровень техногенного воздействия на почвы. Техногенное воздействие привело к изменению свойств городских почв, которое усилило их способность к закреплению ТММ. Экологическая опасность загрязнения почв ТММ в целом для города отсутствует, но в селитебной усадебной и промышленной зонах треть их площади занимают почвы со слабым и умеренно опасным уровнями загрязнения. Образование нескольких контрастных полиэлементных аномалий в почвах на берегу р. Тыи и вблизи озера Байкал представляет угрозу для их вод из-за возможности поступления токсичных металлов с поверхностным и внутрипочвенным стоком.
Ключевые слова: приоритетные поллютанты, функциональные зоны, факторы аккумуляции, почвенные свойства, полиэлементные аномалии
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ И ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ
Терехова В. А. Биотестирование экотоксичности почв при химическом загрязнении: современные подходы к интеграции для оценки экологического состояния (обзор) // Почвоведение. 2022. № 5. С. 586-599. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050094
Рассмотрены основные направления использования биотестирования для оценки экологического риска загрязнений: а) прогностическое, направленное на прогнозирование возможных эффектов химических веществ и определение безопасных уровней их применения, б) диагностическое, позволяющее дать оценку реальной угрозы или ущерба в моменте. Проанализированы исторические этапы развития экотоксикологии. Дано представление о разнообразии тест-систем и методах оценки экотоксичности, критериях подбора тест-видов в батареи биотестов. Приводятся примеры применения OMICS-технологий, молекулярных биомаркеров, наноэкотоксикологии и экотоксикогеномики в оценке токсичности почв. В мировой практике для сравнения результатов в стандартных испытаниях в качестве референтного образца рекомендована стандартная почва (Reference/Standard/ Artificial soil) согласно протоколу ISO11268. Акцентируется внимание на актуальности и проблемах оценки почв на основе биотической концепции современного экологического контроля, охарактеризованы достоинства и недостатки некоторых способов и индексов экологического состояния почв, базирующихся на использовании реакций живых систем на загрязнение среды обитания (в частности, так называемый, интегральный показатель биологического состояния почвы – ИПБС, функциональное разнообразие микробиома – ФБР, индекс состояния по методологии ТРИАД). На современном этапе оптимальным способом интеграции результатов биотестирования в общую оценку почв представляется междисциплинарная методология ТРИАД, предусматривающая комплекс химических, биоиндикационных (in situ) и токсикологических (ex situ) исследований. Ключевые слова: экотоксичность, биодиагностика, биотестирование, биосенсоры, батарея биотестов, химическое загрязнение, биодоступность, оценка почв, экологическое качество, интегральные индексы, методология ТРИАД
Д. Л. Пинский, Т. М. Минкина, Т. В. Бауэрb Д. Г. Невидомская, В. А. Шуваева, С. С. Манджиева, В. С. Цицуашвили, М. В. Бурачевская, В. А. Чаплыгин, А. В. Барахов, А. А. Велигжанин, Р. Д. Светогоров, Е. В. Храмов, А. Д. Иовчева Идентификация соединений тяжелых металлов в техногенно-преобразованных почвах методами последовательного фракционирования, XAFS-спектроскопии и XRD порошковой дифракции // Почвоведение. 2022. № 5. С. 600-514. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050070
Изучена трансформация техногенных соединений Cu и Zn в хемоземах (Spolic Technosols) с высокими и очень высокими концентрациями металлов, сформированных на месте природного отстойника промышленных предприятий в пойме р. Северский Донец – главного притока р. Дон (Ростовская область, Россия). Проведено сравнение хемоземов с незагрязненной луговой почвой, расположенной за пределами импактной зоны. Состояние Cu и Zn оценено с использованием трех схем последовательных экстракций: Миллера, Тессье и BCR, а также синхротронных методов рентгеновской порошковой дифракции (XRD) и структурного анализа спектров (XAFS). Показано, что распределение металлов в почве в значительной степени связано с их свойствами: электроотрицательностью, гидролизуемостью и способностью к образованию π-связи. Установлено, что Cu концентрируется в основном в остаточной (>42%) и связанной с органическим веществом (<27%) фракциях. Подвижность Zn в исследуемых почвах больше, чем Cu. Основная его часть (<56%) находится в остаточной и связанной с Fe и Mn оксидами фракциях (<48%), особенно с кристаллическими формами Fe(III). Впервые проведено комбинированное использование трехступенчатой схемы BCR в сочетании с методами XAFS и XRD. Большая часть пиков, присутствующих на дифрактограммах образцов почвы после первой и второй стадий экстрагирования, соответствует аутигенным серосодержащим минералам: вюртциту (ZnS с гексагональной структурой), сфалериту (ZnS с кубической структурой), ковеллину (CuS), борниту (Cu5FeS4). Образец почвы после извлечения окисляемой фракции наиболее насыщен сульфидами, в то время как в образце почвы после извлечения восстанавливаемой фракции доминируют филлосиликаты. Результаты анализа спектроскопии рентгеновского поглощения выявили для высокозагрязненных почв молекулярно-структурные изменения соединений Zn и Cu, показывающие трансформацию металла в различной природной обстановке, что важно для оценки протекторной функции почв.
Ключевые слова: формы металлов в почвах, последовательные селективные экстракции, молекулярно-структурные изменения соединений Zn и Cu, методы синхротронного рентгеновского излучения
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ
Копцик Г. Н., Копцик С. В. Оценка современных рисков избыточного накопления тяжелых металлов в почвах на основе концепции критических нагрузок (обзор) // Почвоведение. 2022. № 5. С. 615-630. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050033
На международном уровне для оценки рисков избыточного поступления загрязняющих веществ в экосистемы активно используется концепция критических нагрузок, разработанная в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния под эгидой Европейской экономической комиссии ООН. В обзоре рассмотрены основные принципы концепции критических нагрузок и методы ее применения для оценки текущих рисков избыточного накопления тяжелых металлов (ТМ) в почвах как компонентах наземных экосистем с точки зрения экотоксикологического воздействия (на растения, почвенные беспозвоночные и микроорганизмы). В рамках концепции критические концентрации Cd, Pb, Cu и Zn для почв впервые оцениваются с помощью функций критических концентраций, учитывающих свойства почв (прежде всего, кислотность, содержание органического вещества и илистой фракции). Основное внимание уделено обоснованию и развитию моделей оценки критических концентраций и функций преобразования, связывающих концентрации соединений ТМ в почвах и почвенных растворах. Современные экологические риски избыточного накопления ТМ оцениваются путем сравнения с их критическими концентрациями. Текущие проблемы и дальнейшие перспективы анализа современных экологических рисков на основе концепции критических нагрузок включают снижение неопределенности оценок, совместное воздействие разных металлов при многокомпонентном загрязнении, полевую проверку процессов и результатов моделирования, влияние изменений климата и землепользования.
Ключевые слова: экологические риски, функции критических концентраций, биодоступность, экотоксичность, модели биотического лиганда
Яковлев А. С., Евдокимова М. В. Подходы к нормированию загрязнения почв в России и зарубежных странах // Почвоведение. 2022. № 5. С. 631-641. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050136
Изложены современные подходы к нормированию качества почв в России и зарубежных странах. Выявлено сходство структуры государственного управления и охраны окружающей среды в России, США, Европе и Канаде, что отразилось в системе законодательных и подзаконных актов, разделенной на сферы: покомпонентная охрана окружающей среды; разрешительная деятельность и контроль загрязнения окружающей среды; управление недропользованием; регулирование обращением с пестицидами. Рассмотрены вопросы оценки рисков, возмещения и ликвидации экологического ущерба, нанесенного компонентам окружающей среды, а также разработки нормативов качества почв. В США, Европе и Канаде нормативно-методические документы, регламентирующие процедуру выявления экологических проблем, оценки их опасности и разработки мер по их ликвидации, разрабатываются в рамках концепции оценки рисков. Последняя не получила своего развития в отечественном законодательстве и не подкреплена официальными методическими документами, представленными в подзаконных актах. Действующий в Российской Федерации порядок компенсации вреда окружающей среде, причиненного нарушением законодательства в области охраны окружающей среды, подразумевает определение размера этого вреда, исходя из фактических затрат на восстановление нарушенного состояния окружающей среды и не связан с процедурой оценки рисков. Нормативы качества окружающей среды в России и зарубежных странах устанавливаются на предельно-допустимом уровне и определяются на основе анализа зависимости биологического отклика от количественной меры воздействия стрессора (экспозиции).
Ключевые слова: нормативы качества почв, оценка рисков, экологический ущерб
РЕМЕДИАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
А.А. Ветрова, С.Я. Трофимов, Р.Р. Кинжаев, Н.А. Аветов, А.В. Арзамазова, И.Ф. Пунтус, О.И. Сазонова, С.Л. Соколов, Р.А. Стрелецкий, К.В. Петриков, Делеган Я.А., В.А. Самойленко, А.Е. Филонов Разработка микробного консорциума для биоремедиации нефтезагрязненных почв Среднего Приобья // Почвоведение. 2022. № 5. С. 642-654. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050100
Из нефтезагрязненных образцов почв Среднего Приобья выделены микроорганизмы – деструкторы углеводородов, идентифицированные как представители родов Pseudomonas, Rhodococcus, Acinetobacter, Kocuria, Raoultella и Candida. Проведен их скрининг на способность к деградации различных классов углеводородов в широком температурном диапазоне (6–37°C), в кислых средах (до рН 4) и при повышенной засоленности (до 3%), на способность к продукции биоПАВ и на наличие генов, кодирующих ключевые ферменты деградации углеводородов. Составлен микробный консорциум в качестве основы биопрепарата для биоремедиации нефтезагрязненных почв Среднего Приобья, включающий штаммы Candida fluviatilis 24р-51, Rhodococcus erythropolis 24-44, Acinetobacter calcoaceticus 7-43 и Pseudomonas extremaustralis 7-31. Для данных микроорганизмов были подобраны режимы культивирования и лиофилизации биомассы. В лабораторных модельных системах оценена эффективность деградации углеводородов нефти разработанным микробным консорциумом. Степень деградации нефти микробным консорциумом в жидкой минеральной среде составила 56%, в модельном грунте – 22% за 10 сут при 24°C.
Ключевые слова: микроорганизмы-нефтедеструкторы, углеводородокисляющая активность, биопрепарат
Marcin Pietrzykowski, Bartłomiej Woś, Marcin Chodak, Katarzyna Sroka, and Marek Pająk ''Use of Alders for the Phytostabilization of a Combustion Waste Disposal Site,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 5. https://doi.org/10.1134/S1064229322050064
The adverse effects of combustion waste disposal sites could be limited by their biological stabilization. This work presents a review of the literature on the utility of species of alder (black, grey and green) in the biological stabilization, and potentially phytoremediation, of combustion waste disposal sites. All three alder species studied are characterized by high survival rates and good growth parameters, with black alder displaying better growth parameters compared to grey alder. In general, the three alder species have been found to have similar and positive effects on the physicochemical properties of combustion waste, with the observed differences being relatively small. In combustion waste disposal site located in Central Poland, litter pH was slightly acidic (pH in KCl 6.3) to neutral (pH in KCl 6.7), which is favourable for strongly alkaline combustion wastes. Accumulation of litter layer ranged from 2.9 to 3.6 Mg ha–1, and grey alder litter was characterized by the highest content of nutrients (N-P-K). Organic C content in the 0–5 cm mineral layer (A) increased to 38.06 and 47.80 g kg–1, respectively for green and black alder. However, the selection of a single tree species for the reclamation of combustion waste needs to be based not only its phytoameliorative function but also its growth and biomass parameters. Given those parameters, black alder is strongly recommended. This species has a similar effect on the properties of combustion waste as grey alder, but it exhibits better growth parameters. Green alder, being a shrub with lower biomass and litter fall than the other two species, exerts weaker ameliorative and soil development effects, but may be used on slopes to counteract erosion processes.
Keywords: fly ash, Technosols, reclamation, N-fixing species, alder
F. C. Nunes, L. de J. Alves, M. N. V. Prasad, C. C. N. de Carvalho, and E. C. Nolasco ''Phytoremediation Strategies for Rehabilitation of Soils Affected by Red Mud: the Mariana Tailing Dam Collapse (Minas Gerais, Brazil),'' Eurasian Soil Science, 2022. № 5. https://doi.org/10.1134/S1064229322050052
Brazil has a large number of degraded areas due to iron mining and other elements. In 2015, an iron mining tailings dam belonging to “Samarco Mineração SA”, located in the municipality of Mariana, state of Minas Gerais, collapsed, causing the greatest environmental disaster in the country’s history, due to the spill of 62 million m3 of red mud. The red mud was deposited on slopes, foothills of mountains, intermountain depressions and floodplains, contaminating soils and waters with amines, amides and sodium from the flotation of iron mining residues and causing the formation of surface crusts on the land and hard-setting formation. Different researches were carried out to evaluate and recover degraded soils—Leptosols, Cambisols, Ferralsols, Gleysols and Fluvisols, however the problems are still present and phytoremediation techniques were practically not applied. Phytoremediation is the use of plants to extract, filter, degrade, stabilize, or otherwise reduce mobility, bioavailability, or concentrations of pollutants and stands out as an example of a low cost, minimally invasive approach for the remediation of large-scale contaminated areas. In view of the degraded areas due to the collapse of the “Samarco Mineração SA” tailings dam, this article suggests phytoremediation strategies to rehabilitate the soils in different geomorphological units and the challenges to be faced in the future, pointing out research and the need for the involvement of professionals from different areas of knowledge.
Keywords: environmental degradation, geomorphological units, amines, sodium, restoration
Autumn Watkinson, Myra Juckers, Liana D’Andrea, Peter Beckett, and Graeme Spiers ''Ecosystem Recovery of the Sudbury Technogenic Barrens 30 Years Post-Restoration,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 5. https://doi.org/10.1134/S106422932205012X
Sudbury, Ontario, Canada experienced severe environmental degradation from intensive logging, mining, and smelting activities. Acidification and erosion of soils, as well as heavy metal deposition led to widespread vegetation mortality and the creation of 20000 ha of barren and 80000 ha of semi-barren land within the Sudbury region. Restoration processes, consisting of limestone application, fertilization, seeding, and tree planting, was initiated in 1978 and continues to present day. Although initial assessments made immediately following restoration predicted a stable, self-sustaining vegetation community would develop, no formal monitoring protocol was initiated. In this study, we describe the state of four restored sites (3 barren, 1 semi-barren), and their naturally recovering (untreated) analogues, within the Sudbury technogenic barrens 25 to 30 years post-restoration. At each site, two belt transects were established in the restored and untreated areas within which soil pH, tree height and diameter, and ground cover of vegetation identified to species were assessed. Soil pits were excavated to examine pedological development. Soils were Dystric Brunisols in all sites. In restored areas, soil pH and humus layer thickness were generally greater than in areas left to recover naturally. Elevated pH through the soil profile at treated sites indicate limestone application effectively reduced acidity and was sustained up to 30 years post-application. In untreated areas, moss and lichen were abundant, and although vascular plant cover was greater in restored areas, vegetation communities are still significantly different from the reference site. Adequate cover of native understory species was not obtained in any of the treated areas. Results indicate that aerial application of limestone, fertilizer, and seed is less effective than ground application, especially in areas with a high proportion of exposed bedrock. Active restoration has been beneficial to the recovery of the Sudbury technogenic barrens. Continued monitoring will be essential to facilitate the development of a self-sustaining vegetation community.
Keywords: coniferous forest, heavy metal, limestone, mining, reclamation, SO2
Почвоведение №6, 2022
Генезис и география почв
Ершов Ю. И. Криогенные почвы на породах трапповой формации Центральной Сибири // Почвоведение. 2022. № 6. С. 657-672. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060053
Рассмотрены основные факторные и процессно-морфогенетические особенности, а также пространственные закономерности формирования криоземов на дериватах базальтов, долеритов, вулканических туфов. Почвы описаны в малоизученных и труднодоступных северных районах Среднесибирского плоскогорья (координаты 63–69° N, 87–107° E): плато Путорана, Сыверма, Норильская котловина, Моейро-Котуйская равнина. Выделены и охарактеризованы торфяно-криоземы глееватые, криоземы грубогумусовые, криоземы серогумусовые, криоземы сорбировано-гумусовые. Каждая из этих почв имеет свои диагностические горизонты и признаки соответственно: глееватый горизонт CRg, грубогумусовый AO, серогумусовый AY, сорбировано-гумусовый CRhs. Главные закономерности географии криогенных почв определяются долготными различиями в степени континентальности и увлажненности климата, приводящими к обособлению трех секторов, которые объединяют принципиально разные по морфогенетическим характеристикам почвы: умеренно континентальный гумидный (торфяно-криоземы глееватые), континентальный слабогумидно-семигумидный (криоземы грубогумусовые), резко континентальный (криоземы серогумусовые, криоземы сорбировано-гумусовые). Внутрисекторное распределение почв контролируется литолого-геоморфологическими и геокриологическими условиями. Обсуждаются вопросы номенклатуры и классификации почв.
Ключевые слова: субарктика, Среднесибирское плоскогорье, основные породы, генетико-географические закономерности, криоземы, Cryosols
О.В. Семенюк, В.М. Телеснина, Л.Г. Богатырев, Ф.И. Земсков Подстилки городских насаждений как индикатор интенсивности биологического круговорота в условиях мегаполиса // Почвоведение. 2022. № 6. С. 673-686. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060119
Оценена интенсивность биологического круговорота городских парковых насаждений на основе оценки следующих показателей структуры и функционирования подстилок: общие запасы подстилки, запасы и доля детрита в горизонте L, запасы и доля ЛРК в горизонте L, отношение запасов горизонта L к сумме запасов нижележащих горизонтов, зольность горизонта L, запасы золы ЛРК и доля золы этих компонентов в общем запасе золы горизонта L. Исследования проводили на территории Битцевского парка под насаждениями ели, березы и липы. Для городских насаждений выявлены существенные отличия от естественных в составе живого напочвенного покрова, в котором появляются нетипичные для лесов луговые и сорно-рудеральные виды, указывающие на антропогенное воздействие. Городские парковые насаждения отличаются от природных экосистем повышенной интенсивностью биологического круговорота, на что указывают общие запасы и доля детрита, легкоразлагаемых компонентов, запасы и доля золы легкоразлагаемых компонентов в горизонте L. В городских условиях подстилки хвойных насаждений характеризуются упрощенным строением, малой мощностью (не более 4–5 см) и повышенной зольностью отдельных компонентов (более 10%), которая отражает значительное участие механической миграции твердых частиц различного происхождения. По большинству характеристик подстилки лиственных городских насаждений не так существенно отличаются от аналогичных естественных, как подстилки хвойных насаждений, поэтому именно подстилки ельников могут служить индикатором антропогенного воздействия на городские экосистемы. В целом показатели биологического круговорота, связанные с особенностями лесной подстилки, указывают на повышенную по сравнению с аналогичными естественными фитоценозами интенсивность биогенной миграции. Это необходимо учитывать при разработке прогноза развития озелененных территорий городов.
Ключевые слова: лесные подстилки, биологический круговорот, городские насаждения, Albic Retisols
А. Э. Сверчкова, О. С. Хохлова, Н. Л. Моргунова, Т. Н. Мякшина Большой Болдыревский курган раннего бронзового века в Южном Приуралье: курганные конструкции, палеопочвы, реконструкции палеоклимата // Почвоведение. 2022. № 6. С. 687-700. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060132
Изучен хроноряд палеопочв, погребенных под разновозрастными конструкциями кургана 1 курганного могильника Болдырево IV в Оренбургской области. Курган сооружен представителями ямной культуры в конце репинского этапа–начале развитого этапа А (около 5500 л. н.). В нем выявлено 4 конструкции, сооруженные последовательно. По археологическим данным курган построен за несколько десятилетий, радиоуглеродное датирование показало интервал в 300 лет. За это время изменился морфологический облик и физико-химические свойства почв: усилилась языковатость нижней границы гумусового горизонта, увеличилась степень изрытости профиля землероями, произошло уменьшение содержания органического вещества, а содержание карбонатов, гипса, обменного натрия в составе обменных оснований и величина магнитной восприимчивости увеличилось. Направленность изменения морфологических свойств, а также содержания органического углерода, карбонатов, магнитной восприимчивости в материалах курганных конструкций, от ранней к поздней, коррелирует с таковой для погребенных под ними почв. Исследования позволяют предположить, что рассматриваемый интервал, как и весь предшествующий репинский этап ямной культуры, характеризовался как более аридный, чем современный. На основе микроморфологического анализа и исследования физико-химических свойств материалов курганных конструкций выявлены технико-технологические приемы, примененные древними строителями для их сооружения.
Ключевые слова: погребенные почвы, микроморфология, коротковременной педохроноряд, палеоклиматические реконструкции
Химия почв
З. С. Артемьева, Н. Н. Данченко, Ю. Г. Колягин, Н. П. Кириллова, Е. В. Цомаева, Б. М. Когут Химическая структура органического вещества водоустойчивых структурных отдельностей типичного чернозема в условиях контрастного землепользования: твердотельная CP-MAS 13C-ЯМР-спектроскопия // Почвоведение. 2022. № 6. С. 701-712. https://doi.org/10.31857/S0032180X2206003X
Изучена химическая структура разных пулов органического вещества (ОВ) водоустойчивых макро- и свободных микроагрегатов типичного чернозема в контрастных вариантах землепользования (степь и длительный чистый пар) методом твердотельной 13C-ЯМР-спектроскопии. Выявлено, что по мере уменьшения размера структурных отдельностей увеличивается степень защиты ОВ, что подтверждается интегральными показателями химической структуры ОВ: меньшей степенью разложения, ароматичности и гидрофобности. Негативное влияние длительного функционирования почвы в режиме чистого пара отражается в резком увеличении интегральных показателей химической структуры во всех исследованных пулах ОВ, и более выражено для свободных микроагрегатов. Предложенные модели множественной линейной регрессии для прогнозирования величины отношения C/N ( = 0.993, P < 0.05 – свободное и агрегированное ОВ, = 0.996, P < 0.05 – ОВ фракций ил и остаток) хорошо объясняют ее увеличение в варианте пар, отражая предельные потери азота в ОВ, которое по своему статусу приближается к деградировавшему. Размер илистых частиц определяется комплексом факторов, что демонстрирует предложенная модель множественной линейной регрессии. Лучшая модель, где все параметры были значимыми ( = 0.997, P < 0.05), наглядно показывает, что размер илистых частиц увеличивается по мере уменьшения количества гидрофобных фрагментов ОВ, доли смектитов в минералогическом составе ила, увеличения концентрации С, стабилизированного илистыми частицами. Ключевые слова: грануло-денсиметрическое фракционирование, 13С-ЯМР -спектроскопия, средний диаметр илистых частиц
Физика почв
Анциферова О. А. Гидрологический режим буроземов в агроландшафте Самбийской равнины // Почвоведение. 2022. № 6. С. 713-727. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060028
Исследованы количественные показатели гидрологического режима осушенных буроземов. В гумидном климате Самбийской равнины (Прибалтика) фактором дифференциации почв по степени гидроморфизма является мезорельеф. В пределах одинаковых элементов мезорельефа различия в гидрологическом режиме почв связаны с литологическими особенностями, которые определяют физические свойства. На основании многолетнего мониторинга (2012–2020 гг.) установлено, что условиями формирования почв разной степени оглеения являются длительность периода с воздухоносной пористостью <10% в слое 0–100 см и режим верховодки. Выявлена ритмичность количественных показателей гидрологического режима буроземов в зависимости от годового количества осадков. Показано, что морфологический облик (верхняя граница и степень оглеения почв) несет конкретную информацию о современном гидрологическом режиме. Граница оглеения в почвах тесно коррелирует с верхней границей зоны с воздухоносной пористостью <10%. Верховодка возникает в сильноглееватых почвах в позднеосенний период и присутствует до апреля–мая (иногда июля) на глубине 80–130 см. Вероятность поднятия верховодки в слой 0–100 см с апреля по октябрь в почвах на склонах составляет от 33% в сухие по осадкам годы до 75% во влажные. Выявлено совпадение границ сильноглееватых горизонтов и максимальных уровней верховодки в осушенных буроземах. Результаты исследования могут применяться в области гидрологии почв, оценки и моделирования мелиоративного состояния осушенных агроландшафтов.
Ключевые слова: многолетний мониторинг, оглеение, динамика влажности, воздухоносная пористость, верховодка, Cambisols (Aric, Loamic), Gleyic Cambisols (Aric, Loamic, Drainic)
E. Erdel ''Effects of Salinity and Alkalinity on Soil Enzyme Activities in Soil Aggregates of Different Sizes,'' Eurasian Soil Science, 55 (6), 759-765 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322060047
The foothill areas of eastern Turkey are an arid and semiarid region with natural salinization, where calcareous alluvial saline soils (Calcaric Fluvisols) are circulated as a result of floods of the Aras River. In this study, the effects of salinity and alkalinity on soil aggregate size distribution and enzyme activities at different aggregate size were investigated. For this purpose, soil samples were collected with three replicates at saline, alkaline, saline-alkaline and non-saline–alkaline areas and passed through into different sieves (2, 1, 0.850, 0.425, 0.106 and 0.02 mm) by dry sieving method for determining aggregate weight distribution in each macro (2–0.45 mm) and micro (0.45–0.02 mm) aggregates. For determining aggregate size distribution, sieves were shaken using a horizontal shaking machine (Retsch, AS 200 basic, Haan, Germany). The soil enzymes were determined in these aggregate sizes (2–1, 1–0.850, 0.850–0.425, 0.425–0.106, 0.106–0.02 mm) for all soil types. All soils belonged to the clay loam with the carbon content in the range of 0.5–0.8%, while the percentage of exchangeable sodium for the non-saline–alkaline and alkaline–saline soils was from 3.5 to 22%, but the pH diapason from 8.3 to 8.9. Results showed that soil salinity and alkalinity decreased the weight of macro aggregates and increased the weight of micro aggregates, besides soil salinity and alkalinity decreased soil enzyme activities. But soil salinity decreased enzyme activity more than alkalinity. Furthermore, the highest urease and catalase activities were in macro aggregates (0.850–0.425 mm aggregate size) for all soil types. The reason may be that macro aggregates contain higher organic matter and organic carbon than micro aggregates. Consequently, the highest enzyme (urease and catalase) activities were detected in macro aggregates. Keywords: saline and alkaline soil, calcareous alluvial soil (Calcaric Fluvisols), urease, catalase, phosphatase, soil aggregates, aggregate weight distribution
Jagadish Talukdar and Gautam Barua ''An Analytical Solution of the One-Dimensional Steady-State Van Genuchten-Based Infiltration Equation for a Heterogeneous Soil with a Root-Water Extraction Function,'' Eurasian Soil Science, 55 (6), 766-780 (2022). https://doi.org/10.1134/S106422932206014X
An analytical solution is developed for the one-dimensional steady-state infiltration equation for an inclined Van Genuchten heterogeneous soil with a sink term (i.e., with a root-water extraction term). The solution can account for any valid spatial variations of the parameters of the equation including spatial variations of the sink term in an infiltrating space. The correctness of the developed solution is being checked by comparing with an existing analytical solution for a relatively simple infiltration situation; also, an experimental and a numerical check on the same have also been carried out. The study shows that infiltration on a heterogeneous Van Genuchten soil is a highly complex process involving many variables and that the spatial variations of these variables in such a soil may greatly influence the infiltration mechanics associated it, both when a root-water function is present in the soil and when it is absent. It has also come out of the study that the use of the Mualem-Van Genuchten’s hydraulic conductivity ratio model [17] in carrying out infiltration studies in heavy soils of less textural homogeneity is not always justifiable; for such soils and probably soils in general, Terleev et al.’s conductivity ratio model [64] can be the right choice for infiltration studies as this model works well in both light as well as heavy soils of homogeneous or less homogeneous texture. However, for light sandy and loamy soils of good textural homogeneity, the application of the Mualem-Van Genuchten’s conductivity model for infiltration studies can be considered as mostly acceptable.
Keywords: analytical solution, Richards’ equation, Mualem-Van Genuchten conductivity model, Terleev et al.’s conductivity model, soil heterogeneity
Y. F. Liu, Z. L. Liu, H. Y. Rao, X. Wan, L. H. Li, S. Y. Sun, M. X. Che, and M. X. Liu ''Composition of Typical Soil Minerals and Quantitative Analysis for Influence of Iron and Manganese Forms on Purple Soil Color in Northeastern Sichuan, China,'' Eurasian Soil Science, 55 (6), 781-789 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322060084
Eight soil samples from the Jurassic Shaximiao Formation (J2s) in the Sichuan Basin, China, were taken as the research object to explore the correlation and quantitative relationship between soil color and mineral composition, iron, and manganese (free state Fed/Mnd, active state Feo/Mno, and complex state Fep/Mnp). The results show that the kaolinite and muscovite contents in purple clay are higher than those in soil of other colors, and most albite content is lower than that in soil of other colors. The iron and manganese contents in purple soil are higher than those in other soils. Silicon and sodium elements make the soil brighter; magnesium reduces the brightness; aluminum, iron, potassium, titanium, and manganese make the soil redder; and manganese elements will make the soil more yellow. The soil particle size is significantly positively correlated with L* (brightness), a* (red–green degree), and b* (yellow–blue degree), and organic matter is significantly negatively correlated with L* while positive correlated with a*. L* is affected by Feo, Fep, Mno, and Mnp, of which Mnp contributes the most to the brightness of L*; a* is affected by Feo, Fed, and Mno, of which Mno has the greatest contribution to a*; and b* is only affected by Fep. In summary, the particle size and the types and contents of clay minerals and elements will affect the color of the soil, and the various forms of iron and manganese have a significant effect on the soil color. The results provide an important reference for the study of purple soil system classification.
Keywords: purple soil, mineral composition, chromaticity parameter, quantitative relationship, linear regression
Linxian Gong, Lei Nie, Yan Xu, Xiaokai Ji, and Baomin Liu ''Characterization of Micro-Scale Pore Structure and Permeability Simulation of Peat Soil Based on 2D/3D X-ray Computed Tomography images,'' Eurasian Soil Science, 55 (6), 790-801 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322060060
Understanding peatland hydrological processes and phenomena is critical for peatland management. Peat soils have a complex pore structure that affects hydrological processes. However, the micro-scale characteristics of peat pore space and their impact on hydraulic and transport properties have not been deeply investigated. This study characterized the pores in peat soil using 2D/3D X-ray computed tomography images and examined the connection between pore features and the simulated permeability. There were no apparent variations in porosity or pore morphology in different directions for peat soils with different degrees of decomposition at the pore scale. Peat soil with a high degree of decomposition had more numerous smaller pores with lower pore connectivity and higher tortuosity. Spherical pores were the highest proportion of total pores in peat soils, followed by ellipsoidal, long columnar, and branching pores. The diameters of spherical and ellipsoidal pores were small and isolated, and thus water in the peat soil flows preferentially through the more connected columnar and branching pores. The high permeability in peat soils was closely associated with the high porosity and abundance of well-connected and low tortuosity pore networks. The results of this study can provide insights into the underlying hydrological processes and also provide realistic parameters for use in multi-scale 3D digital soil-structure models and numerical simulations.
Keywords: peat soil, CT imaging, pores characteristics, permeability simulations
Биология почв
М.С. Нижельский, К. Ш. Казеев, В. В. Вилкова, С. И. Колесников Ингибирование ферментативной активности чернозема обыкновенного газообразными продуктами горения растительных материалов // Почвоведение. 2022. № 6. С. 728-736. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060090
Пирогенное воздействие вызывает коренное изменение природных экосистем и замедляет естественное возобновление территорий. Одним из серьезных факторов пирогенного воздействия на биоту и почвы является дым от пожаров. Негативное воздействие дыма от продуктов горения исследовано на живых организмах, однако подобных работ для почвенной фауны, микробоценозов и биологической активности почв мало. Целью работы было выявление влияния продуктов горения материалов растительного происхождения на ферментативную активность чернозема обыкновенного легкоглинистого в лабораторных и полевых экспериментах. Под воздействием дыма произошло изменение активности почвенных ферментов: каталазы, полифенолоксидазы, пероксидазы, инвертазы. Выявлена четкая зависимость интенсивности ингибирования активности ферментов от времени воздействия (30–120 мин) дыма на чернозем. Проведена оценка глубины проникновения газообразных продуктов горения в почву в зависимости от времени воздействия. В ходе анализа выявлено, что максимальное ингибирование активности ферментов происходит в слое 0–1 см, на глубине 4–5 см воздействие дыма минимально. Во влажной почве ферменты более восприимчивы к негативным последствиям из-за поглощения продуктов горения водой. Прослежена динамика восстановления ферментативной активности почвы без применения биопрепаратов. Самыми чувствительными к продуктам горения оказались ферменты класса оксидоредуктаз (каталаза, полифенолоксидаза и пероксидаза). Полученные результаты свидетельствуют о значительном влиянии дыма на ферментативную активность почв.
Ключевые слова: Haplic Chernozem (Loamic), пирогенное воздействие, биологическая активность, фумигация, каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза, инвертаза
Агрохимия и плодородие почв
Суховеева О. Э. Определение количества послеуборочных остатков сельскохозяйственных культур и углерода, поступающего с ними в почвы // Почвоведение. 2022. № 6. С. 737-746. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060120
Пожнивные и корневые остатки сельскохозяйственных культур – основной источник поступления углерода в пахотные почвы. Цель работы состояла в том, чтобы определить количество и долю в общей фитомассе послеуборочных остатков основных культур и углерода, поступающего с ними в почву. Для этого в 2019–2021 гг. были отобраны пробы озимой и яровой пшеницы, ячменя, овса и сои в пяти хозяйствах Курской, Рязанской, Самарской областей и Республике Чувашии. Рассчитано соотношение таких фракций растений, как корни, стерня, стебли, листья, мякина, зерно. У зерновых и зернобобовых культур на долю послеуборочных остатков (корней и стерни) приходится 1/4–1/5 сухой массы растения, при этом стерня составляет 1/6–1/10 массы, а доля корней не превышает 10%. На долю продуктивной части (зерна и мякины) приходится 1/2–1/3, на долю побочной продукции (стеблей и листьев) – 1/3 у злаков и 1/2 у сои. Количество привносимого в пахотный слой почвы углерода с корневыми остатками убывает в ряду озимая пшеница (569 кг С/га) > яровая пшеница (508 кг С/га) > ячмень (503 кг С/га) > овес (488 кг С/га) > соя (204 кг С/га). Стерня полевых культур является дополнительным источником углерода для почвы, размер которого прямо пропорционален высоте растения: 419 кг С/га у яровой, 405 кг С/га у озимой пшеницы, 281 кг С/га у овса, 232 кг С/га у сои, 135 кг С/га у ячменя. Для озимой пшеницы построены регрессионные уравнения зависимости количества пожнивных и корневых остатков от урожайности зерна.
Ключевые слова: Haplic Chernozem, Luvic Chernozem, Luvic Phaeozem, пожнивно-корневые остатки, почвенный углерод
F. Nourgholipour, H. M. Hosseini, M. M. Tehrani, B. Motesharezadeh, F. Moshiri, and S. M. Mousavi ''Phosphorus Fractionation Affected by Root Induced Changes of Two Canola Cultivars,'' Eurasian Soil Science, 55 (6), 819-829 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322060102
In order to study the root-induced changes on behavior of phosphorus in the rhizosphere of two canola cultivars in order to better management of P fertilization this research was conducted by using of rhizobox technique as a factorial arrangement based on the completely randomized design with two treatments in three replications. Treatments were two canola (Brassica napus L.) cultivars, Gabriela and Elvis, and two levels of monopotassium phosphate (0 and 80 mg P kg–1). The results showed that P fractions were changed in the 0–3 mm layer from the rhizoplane. The concentration of Olsen P was reduced in the soils of two cultivars, but water-soluble P (WSP) was increased in the upper box of the rhizobox, compared to the unplanted soil. The Olsen P and WSP fractions in the lower box were increased with increasing the distance from the root surface. Under P deficiency condition, di calcium phosphate (DCP) was 3.96, 4.38, and 6.25 mg kg–1 for Gabriela, Elvis, and unplanted soil, respectively. The results also showed that Gabriela prefers calcium phosphates and Elvis prefers Fe–P form. Shifting of DCP to Fe–P in the upper box and shifting of DCP to Al–P and Fe–P in the lower box can be considered as a useful index for management of soil P. In other words, observing of this shifting pattern shows the better time for P fertilization. So, studying the chemical forms of phosphorus may be used as an efficient tool for P recommendation in canola cropping systems.
Keywords: canola, rhizosphere, mineral P fractions, P fertilization, rhizobox
Деградация, восстановление и охрана почв
Ю. П. Туров, М. Ю. Гузняева, Д. А. Лазарев, Ю. Ю. Петрова, Г. О. Жданов, Д. И. Стом Изучение процессов сорбции и удаления углеводородов нефти в образцах почвы // Почвоведение. 2022. № 6. С. 747-758. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060156
При исследовании нефтяного загрязнения почв для оценки степени и масштабов нанесенного ущерба и прогнозирования последствий применяют различные методики анализа. Однако из-за широкой вариабельности состава образцов нефти и нефтепродуктов из различных источников и невозможности создания универсальных стандартных образцов для калибровки методик, результаты анализов, полученные разными методами, сильно разнятся. Расхождения в результатах достигают 200–800%. Исследованы источники погрешностей при оценке нефтяного почвенного загрязнения с помощью методов анализа нефтепродуктов в почве с гравиметрическим окончанием, хроматомасс-спектрометрии и ИК-спектроскопии, на примере лабораторного модельного загрязнения образца аллювиальной почвы сырой нефтью. Показано, что в аналитическую форму может переходить менее 50% от массы загрязняющей нефти. Тяжелая часть нефти, представленная высокополярными компонентами: смолами и асфальтенами, не регистрируется используемыми в настоящее время методиками. А в природных условиях именно эти фракции требуют максимального времени для деструкции. Исследование удаления нефтяного загрязнения в модельных условиях за счет процессов испарения легких углеводородов и биоокисления штаммами аборигенной микрофлоры, содержащимися в образце аллювиальной почвы, показало, что при 60-дневной экспозиции при температуре 23°С суммарные потери массы внесенной нефти достигали 17%. При этом относительное содержание ароматических соединений, смол и асфальтенов возрастало. Для получения реальной картины нефтяного загрязнения почвы рекомендовано использовать методы, применяемые для исследования органического вещества в породах и почвах в органической геохимии.
Ключевые слова: нефтяное загрязнение почвы, моделирование нефтезагрязнения и его удаления, погрешности анализа нефтяного загрязнения
Д.Н. Липатов, В.А. Вараченков, Д.В. Манахов, М.М. Карпухин, С.В. Мамихин Пространственное варьирование удельной активности 137Cs, содержания тяжелых металлов и нефтепродуктов в загрязненных почвах города Электросталь // Почвоведение. 2022. № 6. С. 759-768. https://doi.org/10.31857/S0032180X22060077
Исследованы уровни удельной активности 137Cs, содержания подвижных форм (1 М ацетатно-аммонийная вытяжка) тяжелых металлов (Zn, Cu, Ni, Co, Cr, Pb) и нефтепродуктов в верхнем горизонте почв различных урболандшафтов г. Электросталь в условиях локального радиоактивного и химического загрязнения. В почвах ближнего радиуса (0–100 м) промышленной зоны завода тяжелого машиностроения зафиксировано увеличение уровней удельной активности 137Cs и содержания подвижных форм Pb, Сu и Zn. Выявлен логнормальный закон распределения 137Cs, через 5 лет после радиационного инцидента размах пространственного варьирования в верхнем 0–10 см слое почв составил от 6 до 4238 Бк/кг. Коэффициенты вариации возрастают вместе с уровнем загрязнения в следующем ряду химических веществ: Co < Ni < нефтепродукты < Cr < 137Cs < Zn < Pb < Cu, составляя 50–435%. Обнаружены статистически значимые прямые корреляционные связи между удельной активностью 137Cs и содержанием подвижных форм Pb, Cu, Zn в верхнем горизонте городских почв, этот факт указывает на пространственную сопряженность локальных пятен радиоактивного и полиметаллического загрязнения в функциональных зонах исследованного района города. Показано, что в слое 0–10 см почв, нарушенных после проведенных дезактивационных, земляных и рекультивационных работ, снижены уровни удельной активности 137Cs, а также содержания тяжелых металлов и нефтепродуктов.
Ключевые слова: городские почвы, урбоэкосистемы, радиационный мониторинг, дезактивация, Urbic Technosols
Почвоведение №4, 2022
Генезис и география почв
Ю. Г. Чендев, А. Н. Геннадиев, М. А. Смирнова, М.П. Лебедева, О.О. Плотникова, Е.А. Заздравных, А.С. Шаповалов Ранние стадии эволюции черноземов под лесной растительностью (Белгородская область) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 387-404. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040062
Изучены автоморфные лугово-степные черноземы (Luvic and Haplic Chernozems (Siltic/Clayic, Pachic)) лесостепи южной части Среднерусской возвышенности (Белгородская область), в разное время (от 25 до 75 лет назад) покрытые широколиственно-лесной растительностью. Исследования проводили на участках разрастания на залежном угодье старовозрастной полезащитной кленово-ясеневой лесополосы и естественного дубового леса в сторону целинной луговой степи. За 60–75-летний пери од произрастания на черноземах лесной растительности в почвенных профилях на 12–25 см понизилась глубина залегания карбонатов. Средние темпы выщелачивания углерода карбонатов из двух метровой толщи почв составили 5 т/га в 10 лет. На 7–13 см возросла мощность горизонтов А1. На протяжении первых 25–30 лет формирования черноземов под лесной растительностью в их профи лях наблюдалось уменьшение запасов органического углерода, а в последующие десятилетия его за пасы увеличивались. Органическое вещество верхней части профилей (0–40 см) направленно обогащалось фульвокислотами, тогда как в средней части профилей (40–80 см) наблюдалась противоположная тенденция роста его гуматности. Увеличение числа пылеватых заполнений пор (инфиллингов) в изучаемых хронорядах от фоновых черноземов к черноземам под 60–75-летними древостоями, появление глинисто-гумусовых кутан в почвах под лесной растительностью свидетельствуют о повышении степени подвижности тонкодисперсного вещества в черноземах, функционирующих под древесной растительностью. Эволюционная трансформация почв характеризовалась направленностью и стадиальностью изменений во времени. Направленные изменения были обусловлены сменами типов растительности с травянистой (лугово-степной) на лесную и вызванными этим сменами гидротермических режимов почв. Стадиальность изменений почв могла определяться изменением во времени характеристик растущих древостоев, а также обусловленных этими изменениями почвенных режимов в меняющихся микроклиматических обстановках.
Ключевые слова: почвенный углерод, лесополосы, микроморфология почв, хроноряд, черноземы выщелоченные и типичные (Luvic Chernozems, Haplic Chernozems (Siltic/Clayic, Pachic))
Билая Н.А., Зеленковский П.С., Кораблев А.П. Чуков С.Н. Эколого-геохимические особенности почв вулканического плато Толбачинский дол // Почвоведение. 2022. № 4. С. 405-414. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040049
Проведено исследование геохимических особенностей вулканических почв Vitric Andosols, цен тральной части вулканического плато Толбачинский дол близ лавовых потоков Клешня и Алаид для определения связи элементного состава материнских пород с формирующимися на них почвами и растительностью. Элементный состав проб определяли методами рентгенофлуоресцентного анали за и ICP-AES. При статистической обработке данных использовали корреляционный анализ, метод главных компонент, алгоритм неметрического многомерного шкалирования (Statistica 7, программ ная среда R). Распространение элементов в почвах в большей степени определяется рельефом. Концентрации Fe, Ca, Ti по всей изучаемой территории превышают региональный фон для восточного района северной почвенной провинции Камчатки. Различия между растительными сообществами, произрастающими на разных лавовых потоках, связаны больше с макрорельефом и размером облом ков лавы, чем с элементным составом почв и подстилающей лавы. Однако прослеживается сильная связь распределения Cu, P с проективным покрытием и количеством видов сосудистых растений.
Ключевые слова: базальтовая тефра, большое трещинное Толбачинское извержение, Vitric Andosols, показатель Zc, пирокластический материал
Химия почв
Надпорожская М. А., Быховец С. С., Абакумов Е. В. Применение математической модели Romul для оценки эмиссии СО2 и динамики органического вещества литоземов Субантарктики // Почвоведение. 2022. № 4. С. 415-427. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040128
Методами математического моделирования анализировали особенности формирования системы поверхностных биологически активных горизонтов (органопрофиля) в литоземах Субантарктики. Имитационные эксперименты проводили с математической моделью ROMUL. Рабочие сценарии компилировали с учетом особенностей влияния климата, животного мира и растительности побе режий о. Кинг-Джордж, архипелага Южные Шетландские острова, Западная Антарктика. Детальность учета температуры (использование среднесуточных или среднемесячных значений) слабо влияет на результаты расчетов. Показано, что разная локализация опада под зелеными мхами и щучкой антарктической (Deschampsia antarctica) формирует различные по структуре органопрофили. Обогащение азотом за счет жизнедеятельности пингвинов повышает интенсивность трансформации опада и усиливает гумификацию, при этом результаты среднесрочной (50-летней) имитации динамики запасов органического вещества литоземов с разной орнитогенной нагрузкой начинают существенно различаться при смене типа растительности и увеличении концентрации азота в опа де. Долгосрочные (при постоянных климате и опаде) вычислительные эксперименты показали, что стабилизация запасов подстилок и гумуса в условиях Субантарктики происходит через 200 и 500 лет соответственно. Почвенную эмиссию СО2 в моделируемых диапазонах факторов почвообразования можно считать соответствующей результатам полевых измерений при условии, что большая часть валового потока обеспечена дыханием растительного покрова. На этапе подготовки сценариев для имитационных экспериментов выявлен дефицит информации о качестве и запасах поверхностного органического горизонта (подстилки) для дренированных антарктических почв. Необходим учет подстилки как одного из важных индикаторов актуального отклика почв Антарктики на изменение факторов почвообразования. Предлагаем международному сообществу ученых, изучающих почвы Антарктиды, договориться об унификации описаний ключевых участков.
Ключевые слова: Leptosols, зеленые мхи, щучка антарктическая, орнитогенный фактор
Huiling Wang, Jingjing Wang, Wei Fan, Pengfei Deng, Zhen Teng, Zhenyu Wen, Kuang Zhou, Xiaoniu Xu ''Nitrogen and Phosphorus Additions Impact Stability of Soil Organic Carbon and Nitrogen in Subtropical Evergreen Broad-Leaved Forest,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 4. https://doi.org/10.1134/S1064229322040159
Atmospheric nitrogen (N) deposition can have a series of effects on forest ecosystems. As N deposition increases N availability in forest ecosystems, soil phosphorus (P) becomes a limiting factor for forest productivity. However, it is not clear whether long-term N deposition can effect on soil carbon (C) and N stability, and whether the addition of P can moderate the impact of N deposition. A five-year experiment of N and N + P additions was conducted in a subtropical evergreen broad-leaved forest in eastern China. The seasonal dynamics of soil C and N and the abundance of their stable isotopes (δ13C and δ15N) were investigated in the 0–30 cm layer. Soil C, N and δ13C and δ15N abundances had significant vertical distribution characteristics. Soil C and N contents increased significantly under N and N + P additions, especially in the topsoil (0–10 cm); δ13C did not change significantly under N and N + P additions, but the linear slope (β) between δ13C and soil organic carbon (SOC) and C/N indicated that N + P addition slowed down the decomposition rate and enhanced the stability of SOC. Soil δ15N increased significantly under N and N + P additions, and enriched with the increase of seasonal temperature. Our findings implied that the linear slope of δ13C and SOC (β) and C/N can serve as potential indicators of soil C stability under N and N + P additions in subtropical forests. The soil δ13C and δ15N abundance was affected by the interaction between soil C and N. δ13C abundance showed no significant response of the stability of SOC to N and N + P additions. It suggests that the further study is needed to reveal their response mechanisms to long-term N deposition in subtropical forest ecosystem.
Keywords: nitrogen and phosphorus add
В.С. Анисимов, Л.Н. Анисимова, А.И. Санжаров, Р.А. Фригидов, Д.В. Дикарев, Ю.Н. Корнеев, С.В. Коровин, А.В. Саруханов, А.В. Томсон Изучение подвижности и биологической доступности цинка в почве с использованием 65Zn в условиях вегетационного лизиметрического эксперимента // Почвоведение. 2022. № 4. С. 428-444. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040037
С использованием вегетационного стенда, объединяющего в замкнутом цикле специальную лизиметрическую установку, заполненную дерново-подзолистой почвой легкого гранулометрического состава и дренажем, а также вегетационные сосуды с водной культурой ячменя, исследованы процессы перехода в водную фазу и поглощения растениями природного (стабильного) Zn и радиоактивного изотопа 65Zn. При этом процессы перехода цинка в водную фазу почвы и поглощения рас тениями хотя и разделены пространственно, но являются последовательно сопряженными. Установлены закономерности распределения Zn(65Zn) между различными формами (химическими фракциями) в почве с помощью методов параллельного и последовательного фракционирования. Относительное содержание стабильного Zn (по сравнению с валовым количеством) в подвижных и условно подвижных формах было в 2.1–6.5 раза меньше, чем относительное содержание радионуклида 65Zn и, наоборот, в 2.8–3.0 раза больше для консервативных (неподвижных) форм металла в почве. В динамике оценены концентрация Zn, удельная активность 65Zn, коэффициенты распределения и концентрирования природного Zn и 65Zn, накопление и вынос металла растениями. Опре делены величины коэффициентов обогащения природного (стабильного) Zn, содержащегося в по следовательно извлекаемых химических фракциях, радиоизотопом 65Zn, рассчитана величина запаса подвижных соединений цинка в исследуемой почве.
Ключевые слова: удельная активность, лизиметрический раствор, подвижность, формы нахождения цинка, пулы подвижного и доступного растениям цинка
В. А. Крылов, В. Г. Мамонтов Влияние разных ценозов на термическую характеристику лабильных гумусовых веществ чернозема типичного Курской области // Почвоведение. 2022. № 4. С. 445-453. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040116
Изучение лабильных гумусовых веществ чернозема типичного различного использования (Курская область) с помощью термического метода показало, что они имеют сложный компонентный состав и состоят из неоднородных по термоустойчивости алифатических и циклических структур. Судя по коэффициенту Z (отношение потери массы в низкотемпературной области (<400°С) к потере массы в высокотемпературной области (>400°С)), равному 1.10, в составе лабильных гумусовых веществ целинного чернозема алифатические соединения преобладают над бензоидными циклическими структурами. Под влиянием бессменного выращивания озимой пшеницы и кукурузы усиливается минерализация алифатической части лабильных гумусовых веществ, и коэффициент Z уменьшается до 0.81–0.96. Наиболее интенсивная минерализация алифатических фрагментов лабильных гумусовых веществ происходит под влиянием бессменного пара, где коэффициент Z уменьшается до 0.76, и в составе лабильных гумусовых веществ отчетливо доминируют инертные циклические компоненты. Через 23 года после перевода бессменного пара в залежь компонентный состав лабильных гумусовых веществ чернозема типичного не претерпел принципиальных изменений, отмечается лишь тенденция к усилению роли алифатических структур.
Ключевые слова: термический анализ, алифатические соединения, бензоидные циклические структуры, Haplic Chernozem (Loamic, Pachic)
Биология почв
И. Д. Гродницкая, Л. В. Карпенко, О. Э. Пашкеева, Н. Н. Гончарова, В. В. Старцев, О. А. Батурина, А. А. Дымов Влияние лесных пожаров на микробиологические свойства торфяных олиготрофных почв и торфяно-подзолов глеевых в болотах северной части Сым-Дубчесского междуречья (Красноярский край) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 454-468. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040098
Исследовали два участка (FHS1 и FHS2) торфяных олиготрофных почв (Fibric Histosols) и два участка (PZ1 и PZ2) торфяно-подзолов (Histic Podzols) болот, расположенных в окрестностях базы Среднее-нисейского стационара Института леса СО РАН. Показано, что пожары оказывали влияние на первоначальное заболачивание исследованных территорий. Отмечено, что пирогенные горизонты торфяных почв в целом были обогащены зольными элементами, но отличались между собой по со держанию С и N. Функциональная активность микробных сообществ исследованных почв низкая, что сказывается на содержании микробной биомассы и интенсивности дыхания. В пирогенных горизонтах из-за недостатка доступных органических веществ восстановление микробной активности происходит медленно. Таксономическая структура сообществ прокариот и грибов различалась между собой по участкам и горизонтам. Развитие бактерий и грибов в пирогенных горизонтах тесно связано с глубиной их залегания и временем прошедших пожаров. Прокариоты Proteobacteria и Archaea играют ведущую роль в освоении пирогенных горизонтов, количество их операционных таксономических единиц значительно больше, чем в непирогенных горизонтах, где доминируют Acidobacteria. Микобиомы участков FHS1 и FHS2 меньше по количеству операционных таксономических единиц и видовому разнообразию по сравнению с PZ1 и PZ2. Грибов больше в непирогенных горизонтах, в то время как в пирогенных их количество и биоразнообразие снижено. В состав микобиомов верхних пирогенных горизонтов входят особые группы карботрофных грибов, способных развиваться на углях.
Ключевые слова: Fibric Histosols, Histic Podzols, микробная биомасса, прокариотные и грибные сообщества
К. И. Богданов, Н. В. Костина, В. К. Плакунов, М. В. Журина Влияние гуминовых кислот на формирование биопленок на поверхности полиэтилена и его биодеградацию почвенными бактериями // Почвоведение. 2022. № 4. С. 469-481. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040050
Исследовано влияние гуминовых кислот на формирование мультивидовых биопленок на поверхно сти полиэтилена высокого давления и на начальные этапы его биокоррозии. Способность к образованию биопленок на поверхности полиэтилена и начальные этапы его биодеструкции изучена у двух бактериальных сообществ (бинарного и мультивидового), выделенных с поверхности полиэтилена, инкубированного в верхнем слое почвы (0–5 см) в течение 180 сут в Мьянме. Для выделения микроорганизмов образцы полиэтилена стерильно доставляли в лабораторию (г. Москва) и помещали во флаконы с жидкой средой LB, разбавленной минеральной средой М9 в 50 раз с добавкой 0.1%-ного раствора парафинов С11–С16 в качестве дополнительного источника углерода, далее выолняли рассевы для получения отдельных колоний. Гуминовые кислоты выделяли методом ще лочной экстракции из верхних горизонтов ферраллитной почвы, в которой инкубировали полиэтилен (Мьянма), и чернозема типичного, отобранного в Липецкой области (Orthic Acrisol и Haplic Chernozem по World Reference Base for soil resources 2014). Также гуминовые кислоты экстрагировали из гуматного удобрения компании “Флексом” на основе низинного торфа. Формирование биопленок на поверхности полиэтилена оценивали по окрашиванию кристаллическим фиолетовым, изменение поверхности полиэтилена после удаления биопленок – денситометрическим методом. Впер вые выявлен стимулирующий эффект гуминовых кислот в широком диапазоне концентраций на рост биопленок на поверхности полиэтилена и начальном этапе его биодеградации. Методические подходы и полученные результаты дополняют сведения о биодеструкции полиэтилена и могут быть применены в биотехнологиях.
Ключевые слова: органическое вещество почвы, биокоррозия пластмасс, мультивидовые биопленки, денситометрический метод
Ю.А. Дорченкова, Т.А. Грачева, Л.В. Лысак Характеристика актиномицетных комплексов заповедника Пу Хоат // Почвоведение. 2022. № 4. С. 482-487. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040074
С помощью метода посева оценена численность и таксономическое разнообразие актиномицетов почв и растительного опада заповедника Пу Хоат Центрального Вьетнама. Установлено, что плот ность мицелиальных актинобактерий в исследованных субстратах варьировала от 2.0 × 104 до 9.2 × × 106 КОЕ/г. Наибольшая численность отмечена в опаде широколиственного леса долины р. Зут Суой. Длина актиномицетного мицелия, определенная с помощью прямой люминесцентной микроскопии, варьировала от 178 до 800 м/г. Показатели длины мицелия для аллювиальной почвы под широколиственным лесом (Fluvisols) и горной красно-желтой ферралитной почвы под хвойным лесом (Ferralsols) не различались. Показано, что доминантами в актиномицетном комплексе исследованных субстратов являются стрептомицеты секций Cinereus, Albus серий Achromogenes, Chromogenes, Albus. Высокое таксономическое разнообразие отмечено в “подвешенной почве” из корзинок эпи фитов сем. Dryopteridaceae. Анализ роста на среде с различными значениями рН выявил доминирование ацидофильных форм актиномицетов в исследованных тропических почвах. Изучение темпера турного диапазона роста выделенных культур позволяет отнести их к термотолерантным и факульта тивно термофильным бактериям. Способность к разложению целлюлозы и высокая антибиотическая активность свидетельствует о биотехнологическом потенциале чистых культур актиномицетов.
Ключевые слова: почвы Вьетнама, численность актинобактерий, таксономический состав, антибиотическая активность
К.С. Дущанова, Т.Э. Хомутова, П.А. Украинский, Н.Н. Каширская, Ф.Н. Лисецкий, А.В. Борисов Биомасса и функциональное разнообразие почвенных микробных сообществ лесных и пахотных почв (на примере заповедника “Белогорье”) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 488-499. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040086
Приведены результаты исследования микробной биомассы и функционального разнообразия микробных сообществ лесных почв заповедника “Белогорье” и пахотных почв, расположенных в единых геоморфологических и литологических условиях в катенах, включающих водораздельный уча сток, среднюю и нижнюю части склона. Проведен анализ содержания углерода суммарной микроб ной биомассы, углерода биомассы живых клеток по содержанию фосфолипидов и углерода биомассы клеток, дающих респираторный отклик на внесение глюкозы. Дана оценка респираторного отклика почвенного микробного сообщества на внесение разных групп низкомолекулярных
органических соединений-индукторов (амино- и карбоновых кислот) методом мультисубстратного тестирования (МСТ). Показано, что сведение леса и распашка ведут к уменьшению суммарной микробной биомассы, биомассы живых клеток и клеток, дающих респираторный отклик на внесение глюкозы. Значения этих показателей были больше в нижней части склона на пахотных участках по сравнению с водораздельным участком и средней частью склона. Функциональное разнообразие микробных сообществ почв естественных и антропогенно-преобразованных экосистем заметно различалось. Распашка привела к существенному снижению способности почвенного микробного сообщества ассимилировать низкомолекулярные органические соединения, использованные в качестве индукторов при МСТ. В наибольшей степени это характерно для аминокислот: аргинина, аланина и глицина (уменьшение в 2.7, 5.4 и 7.1 раза соответственно по сравнению с целинными почвами). Среди карбоновых кислот наиболее заметно сильное сокращение респираторного отклика на внесение янтарной кислоты (8.7 раза). Установлено, что в естественных экосистемах геоморфологическая позиция не оказывает влияния на биомассу микробного сообщества и его функциональное разнообразие, в то время как в пахотных почвах выявлена тенденция к увеличению данных показателей на нижней части склона.
Ключевые слова: почва, суммарная микробная биомасса, биомасса живых клеток, респираторный отклик микробного сообщества, мультисубстратное тестирование, геоморфологическая позиция, катена
Титлянова А. А., Шибарева С. В. Изменение чистой первичной продукции и восстановление запасов углерода в почвах залежей // Почвоведение. 2022. № 4. С. 500-510. https://doi.org/10.31857/S0032180X2204013X
В ходе залежной сукцессии на черноземе обыкновенном и каштановой почве Тывы определены изменения видового состава фитоценоза, общего запаса фитомассы, ее структуры и величины чистой первичной продукции. Установлено, что в первую очередь восстанавливаются видовой состав фитоценоза и запасы почвенного органического вещества, характерные для зональных целинных почв. Наиболее медленно формируется структура подземной части растительного вещества. Первая стадия сукцессии характеризуется высокими запасами надземной и низкими запасами подземной фитомассы. В ходе сукцессии величина надземной фитомассы уменьшается, подземной – увеличивается. Общий запас растительного вещества за период сукцессии (4–17 лет) возрастает на черноземе обыкновенном в 2 раза, на каштановой почве в 3 раза, при этом запасы не достигают зонального уровня. Чистая первичная продукция за этот период увеличивается на черноземе обыкновенном в 1.5, на каштановой почве – в 2.5 раза. Величина чистой первичной продукции зональных степей больше почти в 2 раза. Рассчитана суммарная чистая первичная продукция, выраженная в углероде, за 17 лет сукцессии, которая составляет в луговой степи 67 т С/га, в сухой – 49 т С/га. Суммарная продукция распределяется следующим образом: ее доля, пошедшая на образование надземной и подземной фитомассы, одинакова в обоих фитоценозах, в то время как доля продукции, перешедшая в гумус, в каштановой почве больше в 2 раза. Эмиссия СО2 в обоих случаях составляет 70–75%.
Ключевые слова: структура растительного вещества, запасы почвенного органического вещества, сукцессия на залежах, Haplic Chernozems (Loamic), Haplic Kastanozems (Chromic)
Quanen Guo, Lili Nan, Shiyu Cao, Zongbing Zhan, Zhuo Wang ''Fungal Community Diversity in Solonchaks of Gansu Province in China,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 4. https://doi.org/10.1134/S106422932204010X
We collected solonchaks samples of 5 subtypes and 13 genera from Gansu Province in China and analyzed the diversity of fungal communities with the methods of ITS sequencing. We found that ACE, Chao 1, Simpson and Shannon indices of the fungal community varied significantly in soil samples and were generally inversely correlated with pH. The dominant fungal groups were Ascomycota and Basidiomycota among the different solonchaks. Redundancy analysis revealed that soil organic matters was the most important driving force for fungal composition (29.9%), and the second most influencing factor was sulfate ion (9.1%). Our results suggest that Ascomycota was the main indicator phylum reflecting changes of the microbial groups and soil organic matter as a key factor drove the composition of fungal community in 5 subtypes and 13 genera of solonchaks in Gansu Province.
Keywords: solonchaks, community composition, fungi, soil organic matters
Минералогия и микроморфология почв
S. Akbari, A. Karimi, A. Lakzian, A. Fotovat ''Pedogenesis and Distribution of Ni and Cr in an Ultramafic Soil Toposequence under Arid Climate,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 4. https://doi.org/10.1134/S1064229322040020
This paper deals with soil genesis and distribution of Ni and Cr in soils formed along a toposequence of mainly ultramafic rocks in an aridic soil moisture regime in Northeastern Iran. Three pedons in the summit (Xeric Haplogypsids), backslope (Lithic Xeric Torriorthents), and footslope (Lithic Calcigypsids) of a toposequence were described and sampled. Hornblende was the main mineral of the parent materials, while chlorite and albite were the associated minerals. The calcic and gypsic horizons were the diagnostic horizons in shallow solums of the studied pedons. Despite the low amount of Ca in the parent materials, the Ca/Mg ratio in the soils reached to 33, owing to the high amount of carbonates and gypsum with aeolian origin. Released iron from the ferromagnesian minerals has created a brown color in the soil groundmass. The amount of Fed (CBD-extractable Fe) in the studied soils (3.5 to 6.8 g kg–1) was significantly lower than soils formed in humid areas. Iron oxides features were as nodule in the groundmass, coating, and hypocoating in carbonate nodules and voids, as well as coating along microcracks of coarse fragments. The total amount of Ni and Cr in the parent materials was 106-1485 and 244–2653 mg kg–1, respectively. The aqua-regia extractable concentrations of Ni and Cr in the soil layers varied from 52.6 to 191.8 and from 35.2 to 127 mg kg–1, respectively. Fed, Ni, and Cr concentrations and the presence of chlorite reflect the nature of ultramafic rocks. On the other hand, high amount of gypsum, carbonates, and silt contents, presence of mica and palygorskite in the clay fraction, and high values of Ca/Mg ratio in the studied soils were the evidence of aeolian addition.
Keywords: Hornblende, Ophiolitic rocks, Clay
Деградация, восстановление и охрана почв
С.Я. Трофимов, А.В. Арзамазова, Р.Р. Кинжаев, Н.А. Аветов, М.М. Карпухин Минерализация органического вещества нефтезагрязненных и фоновых почв Среднего Приобья в лабораторных условиях // Почвоведение. 2022. № 4. С. 511-518. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040141
В лабораторном эксперименте определяли скорость минерализации органического вещества в образцах нефтезагрязненных и фоновых среднетаежных почв Западной Сибири: торфяной олиго трофной, торфяной мезотрофной, аллювиальной болотной, глеезема оторфованного. Скорость ми нерализации оценивали по количеству выделившегося СО2 из влажных образцов при комнатной температуре. Кумулятивные кривые имели линейный вид, поэтому для оценки скорости минерализации
использовали величины среднесуточного выделения СО2, отнесенного к массе сухой почвы (Km). Значения Km варьировали в диапазоне 0.123–1.578 мг СО2/(г сут). Минимальные значения Km (<0.2) ха рактерны для наиболее загрязненных участков с максимальной концентрацией нефтепродуктов. Значения Km > 0.8 характерны для фоновых участков, а также загрязненных участков, приуроченных к ме зо- и эвтрофным биогеоценозам с нейтральной реакцией среды и повышенным содержанием биофильных элементов. Значения Km > 0.2 и <0.8 характерны для загрязненных участков, приуроченных к исходно олиготрофным болотным биогеоценозам (рямы, грядово-мочажинные комплексы) со средней степенью загрязнения. Значения Km отрицательно коррелировали (–0.60) с содержанием нефтепродуктов, н-алканов (–0.73) и коэффициентом биодеградации нефти Kb (–0.72).
Ключевые слова: базальное дыхание, содержание нефтепродуктов, почвы таежной зоны