Почвоведение №2, 2022

Генезис и география почв

А.Л. Александровский, Ю.Г. Чендев, А.А. Юртаев Почвы со вторым гумусовым горизонтом и палеочерноземы как свидетельства эволюции педогенеза в голоцене на периферии лесной зоны и в лесостепи (обзор) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 147-167. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020022

Рассматривается проблема происхождения почв со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ) – наиболее ярким реликтовым признаком в профиле дерново-подзолистых и серых почв (Retisols, Luvisols). Среднеголоценовый радиоуглеродный возраст ВГГ, его темный цвет и несоответствие свойств современным гумусовым горизонтам почв лесного генезиса определили основные вопросы в изучении этого феномена – характер изменений климата и смещений границ природных зон в голоцене, а также отражение этих изменений в эволюции почвенного профиля. Цель работы – рассмотреть историю изучения, систематизацию, распространение, гипотезы образования, современные свойства ВГГ; на основе анализа палеопочв голоцена выяснить прототип данного горизонта, его возраст и стадии эволюции в голоцене; выявить аналоги почв со ВГГ за пределами России. Согласно принятой гипотезе, ВГГ являются остаточными, палеоклиматогенными образованиями. Также имеются гипотезы погребенного, палеогидрогенного происхождения ВГГ и др. Основу ВГГ составляют сформировавшиеся на темноцветной стадии педогенеза в первой половине голоцена формы гумусовых веществ, выделяющиеся чрезвычайно высокой устойчивостью, что позволяет им сохраняться в дерново-подзолистых и серых почвах. Под действием биохимических и механических (вывалы деревьев) факторов ВГГ сильно трансформированы и поэтому сложны для исследования. В ареале ВГГ встречаются хорошо сохранившиеся черноземы и темноцветные почвы (Phaeozems), погребенные под курганами и другими насыпями и отложениями, которые позволяют установить прототип ВГГ и проследить его деградацию в позднем голоцене. В пределах Восточно-Европейской равнины мощность и возраст ВГГ меняются в соответствии с гипотезой остаточного палеоклиматогенного генезиса данного горизонта. Рассматривается обоснованность гипотез погребенного и гидрогенного происхождения ВГГ. В настоящее время интерес к изучению почв со ВГГ в нашей стране несколько сократился. В Центральной Европе и Северной Америке почвы со ВГГ не изучаются, но исследование проблемы реликтовых черноземов ведется активно. Объединение этих двух типов объектов и, соответственно, направлений исследования может привести к более определенному решению проблемы формирования почв со ВГГ.
Ключевые слова: эволюция почв, голоцен, курганы, реликтовые горизонты, палеопочвы, радиоуглеродный возраст почв

 

Инишева Л. И. Предложения к классификации торфяных почв // Почвоведение. 2022. № 2. С. 168175. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020071

Благодаря опубликованным в последнее время работам по классификации и диагностике почв России сделано существенное продвижение вперед в теоретическом и практическом почвоведении. В статье изложены представления по классификации торфяных почв, которые занимают около 9% земельного фонда страны, и их площади увеличиваются с каждым годом. Показано, что органическая и минеральная части торфяных почв – субстантивно-функциональная система, представляющая собой генетически единый почвенный профиль с фиксированной в нем историей развития. Предложено весь торфяной профиль до подстилающих минеральных пород принять за торфяные почвы. Высказано мнение, что за основу классификации торфяных почв стоит использовать подход, изложенный в классификации торфов и торфяных залежей, разработанной Московским торфяным институтом под руководством С.Н. Тюремнова. Высшей таксономической единицей в этой классификации является тип, выделенный по условиям образования торфяного профиля, низшей единицей – вид, в основу выделения которого положен геоботанический состав торфов. На примерах рассмотрено, что, выделение таксономических единиц, основанное на видовом составе торфов, будет более объективно оценивать каждый стратиграфический слой торфяной почвы.
Ключевые слова: классификация почв России, торфяной профиль, диагностические критерии деления торфяных почв

 

С. В. Лойко, Д. М. Кузьмина, А. А. Дудко, А. О. Константинов, Ю. А. Васильева, А. О. Курасова, А. Г. Лим, С. П. Кулижский Древесные угли в подзолах средней тайги Западной Сибири как индикатор истории геосистем // Почвоведение. 2022. № 2. С. 176-192. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020083

Проведены исследования среднетаежного подзола иллювиально-железистого (Albic Podzol) на древней дюне в бассейне р. Большой Юган (приток Оби, Сургутское Приобье), вблизи участка проведения масштабных археологических работ. Определен радиоуглеродный возраст 31 морфона с древесными углями и выделено 8 вариантов расположения углистых морфонов относительно мозаик иных морфонов. Показано, что с помощью углей можно датировать время формирования морфонных мозаик, а процессы формирования подзолистого горизонта совпали с активизацией пожаров во второй половине голоцена. Установлено, что в начале пятого тысячелетия в почве стали появляться морфоны с древесными углями. Угли возрастом более 5 тыс. кал. л. н. не встречены. В начале третьего тысячелетия произошло двукратное увеличение частоты пирогенных событий с максимумом в середине третьего тысячелетия. В самом конце второго тысячелетия частота пирогенных событий заметно уменьшилась. Многие пики пирогенных событий последних пяти тысячелетий совпадают с периодами бытования археологических культур. Частично подтверждено предположение о том, что непрерывное существование лесной среды приводит к постоянному погребению древесных углей за счет фитотурбаций.
Ключевые слова: Albic Podzols, педоантракология, почвенные морфоны, генезис почв, радиоуглеродный возраст, археология Сургутского Приобья

 

Убугунова В. И., Убугунов Л. Л., Убугунов В. Л. Почвы пойм горных рек Верхнекеруленской котловины (Монголия) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 193-207. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020125

Получены новые данные о морфологическом строении, химических и агрохимических свойствах, классификационном положении и рациональном использовании почв пойм горных рек Тихоокеанского бассейна (Монголия, Верхнекеруленская котловина). В северной части (подтаежная зона, 1500–1395 м над ур. м.) формируется густая речная сеть, которая образована р. Керулен и притоками Хойт Хорот, Дунд Хорот, Тэйун-Гол, Дзор-гол, Увхирийн-Гол. На поймах проточно-островного типа с галечниково-валунным субстратом формируются маломощные, высокогумусные аллювиальные почвы. Особенностью их строения является очень слабо выраженная слоистость. В местах разгрузки хлоридно-гидрокарбонатных и магниево-натриевых вод отмечается локальное засоление. Типовые различия почв пойм этого участка выражены по перегнойно-гумусовому и гумусовому горизонтам. Диагностированы типы аллювиальных гумусовых (Fluvisol (Humic)) и аллювиальных перегнойно-гумусовых почв (Folic Fluvisol). В центральной части котловины (лесостепная зона, 1395–1357 м над ур. м.) р. Керулен образует эпигенетическую долину с неразвитыми поймами. Основные массивы пойм формируют р. Дзун-Бурхийн-Гол, Барун-Бурхийн-Гол, Дэлэнзийн-Гол. Аллювиальные отложения имеют галечниково-песчаный состав. Почвы характеризуются высоким содержанием гумуса, выражено оглеение, засоление. Диагностированы типы аллювиальных темногумусовых (Fluvisol (Molliс)) и темногумусовых глеевых почв (Gleyic Fluvisol (Molliс)). В южной части котловины (степная зона, 1357–1306 м над ур. м.) почвы пойм формируются преимущественно на песчаных аллювиальных отложениях. Они имеют слабощелочную реакцию среды, засолены. Диагностирован тип аллювиальных темногумусовых глеевых засоленных почв (Sodic Gleyic Fluvisol (Molliс)). Установлен незначительный уровень плодородия пойменных почв исследованного региона из-за неблагоприятных водно-физических свойств, низкого содержания нитратного азота и подвижного фосфора. Предложена группировка почв по их использованию преимущественно под пашню, сенокосы, пастбища и малопригодные или непригодные для ведения сельского хозяйства. Представлены потенциально возможные деструктивные агрогенные процессы при вовлечении данных почв в интенсивное сельскохозяйственное производство. Рекомендуется комплекс мероприятий для экологически безопасного рационального использования аллювиальных почв и пойменных экосистем верхнего течения р. Керулен и ее притоков в лугопастбищном хозяйстве и земледелии, включающий нормированное применение различных видов навоза, компостов и минеральных удобрений, в первую очередь азотных и фосфорных.
Ключевые слова: пойменные экосистемы, аллювиальные почвы, разнообразие, пространственное распределение, агрохимические свойства, рациональное использование

 

Н.А. Аветов, Е.А. Шишконакова, Р.Р. Кинжаев, А.В. Арзамазова Структура почвенного покрова аболоченной равнины северотаёжной подзоны Западной Сибири (бассейн р. Казым) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 208-218. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020046

Почвенный покров сильно заболоченных территорий традиционно рассматривается в качестве довольно однородного, что во многом обусловлено трудностями систематики торфяных почв в современной российской классификации. Цель работы проанализировать состав почвенного покрова, распределение его компонентов по классам комбинаций и их приуроченность к болотным биогеоценозам северо-таежной заболоченной равнины, лежащей к северу от Сибирских Увалов. Составлены почвенные карты 34 ключевых участков в масштабе 1 : 5000 общей площадью 595.86 га, в легенде выделены 33 единицы почвенного картографирования, из которых 30 относятся к торфяным почвам. Таежные почвы представлены на картах ключевых участков ареалами подзолов иллювиально-железистых и мозаиками глеезема и подзола. Основное педоразнообразие обеспечивается болотными ландшафтами. Структура почвенного покрова олиготрофных грядово-мочажинных болот представлена пятнистостями торфяных олиготрофных почв, различающихся по мощности и ботаническому составу торфа. На озерково-грядово-мочажинных болотах почвенный покров представлен пятнистостями олиготрофных торфяных почв, различающихся по ботаническому составу, и их комплексами с олиготрофными торфяными влажными регрессивными почвами. Необходимость выделения компонентов, входящих в эти почвенные комбинации, связана с дифференцированной скоростью минерализации органического вещества в них. Основные площади торфяных мезотрофных почв приходятся на элементарные почвенные ареалы, показанные на картах ключей в виде отдельных контуров. Мезотрофные торфяные почвы обнаруживают большее, чем олиготрофные, педоразнообразие по ботаническому составу торфа, степени разложения торфа, мощности торфяной толщи. В то же время не подтверждается предполагаемое в 1980-х годах широкое распространение комплексов олиготрофных и мезотрофных почв, занимающих аапа болота (доля в почвенном покрове – 5.34%).
Ключевые слова: болота, почвенное картографирование, педоразнообразие, торфяные почвы

 

Химия почв

Антонова А. С., Ладонин Д. В. Содержание редкоземельных элементов в почвах Центральнолесного государственного природного биосферного заповедника // Почвоведение. 2022. № 2. С. 219-227. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020034

Изучено валовое содержание, а также содержание оксалаторастворимой фракции редкоземельных элементов (РЗЭ) в четырех профилях типичных почв Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника – палево-подзолистой, торфянисто-подзолистой глеевой конкреционной, серо-гумусовой глееватой почвы и агро-дерновой типичной. Содержание РЗЭ нормировано по универсальному стандарту – глине Русской платформы, вычислены величины цериевых и европиевых аномалий. В исследованных почвах помимо исходного перераспределения РЗЭ в процессе образования пород, происходит дополнительное геохимическое фракционирование РЗЭ в почвенном профиле, выраженное в обеднении почвенных горизонтов тяжелыми лантаноидами и европием. В элювиальных горизонтах максимально проявление отрицательной аномалии европия, в то время как в органогенных горизонтах аномалия проявляется слабее или отсутствует. В связи с тем, что РЗЭ являются сидерофильными элементами, дополнительно было изучено их содержание в вытяжке Тамма. Оксалаторастворимые соединения РЗЭ активно участвуют в перераспределении тяжелых лантаноидов и церия в исследованных почвах, а также обусловливают развитие положительной цериевой аномалии в некоторых горизонтах.
Ключевые слова: Ce аномалии, Eu аномалии, геохимическое фракционирование

 

Yao Wang, Muhammad Aurangzeib, and Shaoliang Zhang ''Topography and Land Management Change the Heterogeneity of Soil Available Nitrogen in a Mollisol Watershed of Northeastern China,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 2. https://doi.org/10.1134/S1064229322020132 опубликована только в английской версии

Soil available nitrogen (AN) is highly related to crop growth and N leaching in the agricultural environment, but the heterogeneity of AN and its driving mechanisms have not been clarified in the Mollisols region. In this study, a total of 610 soil samples were collected from 0‒60 cm soil depths in a small watershed (1.86 km2) of northeastern China, and both traditional statistics and geostatistical methods were used to analyze how topographic factors and land management’s influence the spatial heterogeneity of soil AN. The results showed that spatial autocorrelation (C0/[C + C0]) of AN has a moderate level in 0‒20 cm (34.1%) and 20‒30 cm (37.3%), and a strong level in 40‒50 cm (15.8%) soil depths. AN was highest on the bottom, followed by the summit and the middle slope across all aspects in 0‒20 cm soil depths, but not consistent at 20‒60 cm soil depths. The slope steepness of 6‒8% was an inflection point (increase/decrease) of AN dynamic under different tillage systems. The horizontal and vertical distribution of AN may be influenced by the plough pan (near 30 cm soil depths). Forestland tends to reduce N loss to the lower slope position in watershed scale. Generally, to increase crop yield, more N fertilizer should be applied on the middle slope to counteract the low AN content. On the other hand, to reduce N loss, management of areas with high AN should be a priority, such as the bottom of slopes, places where land uses intersect, and watershed outlets.
Keywords: black soils, crop, landscape, ordinary kriging, soil nutrient

 

Tahereh Raiesi, Bijan Moradi, and Seyed Majid Mousavi ''Alterations of P Fractions and Some Biochemical Features in Rhizosphere Soil Induced by the Root Activities of Citrus Rootstocks with Different P Acquisition Efficiency,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 2. https://doi.org/10.1134/S1064229322020107 опубликована только в английской версии

The root soil interaction affects the fractionation and bioavailability of nutrients in the rhizosphere and, in turn, the uptake and accumulation of nutrients by plants. In this study, a greenhouse experiment using Thomson Navel Orange (Citrus sinensis (L.) Osbeck.) grafted on three rootstocks [Swingle Citrumelo (SC), Sour Orange (SO), and Troyer Citrange (TC)] was conducted in mildly acidic soil. Eighteen months after transplanting in the pots, the i) P acquisition efficiency (PAE) in these plants; ii) rhizosphere effects on some biological characteristics, including dissolved organic Carbon (DOC), fungi and bacteria populations, microbial biomass P (MBP), and alkaline (AlP) phosphatase, and iii) the fractions of P in the rhizosphere soils were determined. Results of the study showed that the TC and SO promoted scion P uptake and increased PAE. The rhizospheric condition of SO rootstock induced significant promotion (P < 0.05) in all biological properties compared to other rootstocks. Living roots of SO markedly modified biological properties in the rhizosphere soil and therefore affected P bioavailability. Moreover, the rhizosphere effects on the chemical fractions of P were under rootstock control. The lowest organic P was measured in SO-grafting, whereas the lowest amounts of exchangeable P and residual P in the rhizosphere soils were measured in TC grafting. The contents of P associated with Fe and Al compounds were lower in the SO and TC rhizosphere than in the SC rhizosphere soil. This study provides insights into the adaptive mechanisms of Thomson Navel Orange grafted on three rootstocks to phosphorus deficiency.
Keywords: dissolved organic carbon, microbial populations, phosphatase enzymes, phosphorus transformation, sequential extraction

 

Биология почв

Д. А. Никитин, М. В. Семенов, Т. И. Чернов, Н. А. Ксенофонтова, А. Д. Железова, Е. А. Иванова, Н. Б. Хитров, А.Л. Степанов Микробиологические индикаторы экологических функций почв (обзор) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 228-243. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020095

Обобщены наиболее актуальные микробиологические показатели, которые могут служить индикаторами экологических функций почв: биоресурсной, функций трансформации углерода и обеспечения корневого питания растений, а также фитосанитарной. Для характеристики биоресурсной функции почв оцениваются индексы разнообразия и таксономическая структура микробных сообществ, а также численность определенных групп микроорганизмов. Основными микробиологическими показателями трансформации углерода служат содержание углерода микробной биомассы, соотношение биомассы бактерий и грибов, почвенное дыхание, ферментативная активность и скорость разложения органического вещества почвы. Оптимальными микробиологическими индикаторами функции почвы как источника обеспечения корневого питания растений являются активность ферментов, связанных с процессами циклов азота и фосфора, а также молекулярные видоспецифичные маркеры арбсускулярной микоризы. Индикаторами фитосанитарной функции почвы могут выступать показатели численности копий генов фитопатогенов и их антагонистов. Поскольку на сегодняшний день проблемами микробиологической индикации почвенных функций остаются высокая вариабельность некоторых показателей и сложность их интерпретации, ключевой задачей должен стать тщательный выбор параметров, обладающих наилучшей применимостью в качестве индикаторов экологических функций почв.
Ключевые слова: биоразнообразие почв, трансформация углерода в почве, корневое питание растений, супрессивность почвы

 

А. В. Шарапова, И. Н. Семенков, П. П. Кречетов, С. А. Леднев, Т. В. Королева Влияние керосина на целлюлозолитическую активность дерново-подзолистой и песчаной пустынной почвы (лабораторный эксперимент) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 244-251. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020113

Представлены результаты лабораторного эксперимента по изучению влияния загрязнения керосином гумусового горизонта дерново-подзолистой (Albic Retisols, Калужская область, Россия) и песчаной пустынной (Arenosols, Кызылординская область, Республика Казахстан) почв на целлюлозолитическую активность микробиоценоза. Целлюлозолитическую активность оценивали по скорости потери массы льняного полотна в интервалах инкубирования 0–3, 3–7 и 7–13 месяцев. В незагрязненной дерново-подзолистой почве интенсивность целлюлозолитической активности больше, чем в песчаной пустынной почве, что обусловлено слабокислой реакцией среды, повышенным содержанием органического вещества и элементов питания. Загрязнение почв керосином в количестве до 10 г/кг вызывает обратимое изменение целлюлозолитической активности, как в дерново-подзолистой, так и в песчаной пустынной почвах. Высокие нагрузки керосина (от 25 г/кг) приводят к ингибированию целлюлозолитической активности в обеих почвах в течение 13 месяцев наблюдений.
Ключевые слова: загрязнение почв, легкогидролизуемые органические вещества, биохимическое окисление, дерново-подзолистая почва (Albic Retisols), песчаная пустынная почва (Arenosols)

 

Xiaoxu Fan, Hongyang Pan, Yuan Ping, Guangze Jin, Fuqiang Song The underlying mechanism of soil aggregate stability by fungi and related multiple factor: A review // Eurasian Soil Science. 2022. № 2. https://doi.org/10.1134/S1064229322020065 опубликована только в английской версии

Soil aggregation is considered as an essential ecosystem process mediated by soil organism. In this review, the hyphae network, binding agents, and exudates of fungi traits involved in soil aggregation and stability are summarized, as well as root architecture, microbial community and other indirect driver. Then, a better understanding of variable influencing factors on fungi traits and their interaction is explored. In the field, fungi inoculums, no-tillage, fertilization, and herbicides could change soil aggregation and stability via fungi traits. This current state of knowledge is helpful for resolve worldwide deterioration in soil quality, as a result of high-intensity agronomic practice, human disturbance, and environmental global changes and so on. Although fungi used for eco-engineering measures in the field has been not fully understood, the recovery and development of fungi will be one of more promising and cost-effective efforts to maintain soil structure, via fungi inoculums or land management practice. Meanwhile, better trait-based analytical approaches and an intermediate step should be developed before transferring laboratory results to application of the field in future research.
Keywords: mycorrhiza, hyphae, glomalin-related soil protein, soil water repellency

 

Агрохимия и плодородие почв

Y. J. Zhong, K. L. Liu, C. Ye, S. S. Huang, J. X. Du, and J. Z. Chen ''Differential Grain Yields and Soil Organic Carbon Levels between Maize and Rice Systems of Subtropical Red Soil in Response to Long Term Fertilizer Treatments,'' Eurasian Soil Science, 2022. № 2. https://doi.org/10.1134/S1064229322020156 опубликована только в английской версии

Abstract—Higher grain yields may be attained by increasing soil organic carbon (SOC). However, yield response to increasing amounts of SOC vary based on land-use types. A fertilization experiment was conducted in upland and paddy agricultural fields of subtropical soil in Jiangxi Province, China. For 33 years, one of four different fertilization regimes, 1) no fertilizer (CK); 2) chemical fertilizers of nitrogen, phosphorus, and potassium (NPK); 3) double the rates of NPK (DNPK); and 4) manure combined with NPK (MNPK), were seasonally applied to upland and paddy soils beginning in 1986 and 1981, respectively. Data on SOC concentration and stock from soil samples and grain yield from crops were analyzed to determine relationships among grain yield, SOC, soil types, and fertilizer treatments. Among all treatments, the growth rates of SOC concentration and stock in the MNPK treatment after 33 years were highest and with higher rates observed from paddy soil than from upland soil. For most years, the annual grain yields of MNPK were higher than yields of other treatments in the two soils. Moreover, the MNPK treatment increased yield stability with less variation. Linear equations of the relationships between grain yield and SOC stock suggest that yield could be improved by 695 and 1,507 kg/(ha·yr) in upland and paddy soils, respectively, when SOC stock increased by 1 t/ha. Furthermore, in-depth analysis showed that grain yield and SOC concentration and stock were regulated by land-use types and fertilizer application through carbon inputs. Furthermore, fertilization had positive effects on carbon input, and its influence was greater than that of land-use type. Therefore, SOC and grain yield may be more effectively increased by the continuous application of manure with chemical fertilizers. Among the variables in our model, the greater increase of grain yield in upland soil than in paddy soil was primarily due to carbon inputs.

 

Деградация, восстановление и охрана почв

Яковлев А. С. Вопросы экологического нормирования и установления фоновых значений свойств почв природных и природно-антропогенных объектов // Почвоведение. 2022. № 2. С. 252-260. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020149

На основании принципов экологического нормирования почв предпринята попытка дифференцированного установления фоновых и допустимых граничных значений качества почв природных и природно-антропогенных объектов. Исходя из современных научных и законодательных требований рассмотрено определение допустимого нижнего предела экологического состояния почв территорий разного хозяйственного назначения. Предложены отдельные подходы к установлению “оптимальных” значений регионального природно-антропогенного фона почв с учетом особенности хозяйственного использования земель. Подчеркивается необходимость совокупной разработки экологических и санитарно-эпидемиологических показателей устойчивого развития окружающей среды и комфортного проживания населения, связанных с особенностями природопользования и дальнейшим совершенствованием системы экологического нормирования.
Ключевые слова: экологическая оценка, устойчивое развитие, рациональное природопользование

 

M. Dahmouni, G. Hoermann, and M. Hachicha ''The Effect of Short-Term Irrigation of TWW on the State of Soils, Groundwater and Vegetation in the Cebala Borj-Touil Area (Tunisia),'' Eurasian Soil Science, 2022. № 2. https://doi.org/10.1134/S1064229322020053 опубликована только в английской версии

Treated wastewater (TWW) has been used for the irrigation of a plot located in the periphery of Cebala – Borj Touil (Tunisia), the largest area irrigated with TWW since 1989. Samples from wastewater, groundwater, soils and corn crops (Zea Mays) have been taken. Physicochemical parameters and heavy metals were analyzed. The results of the experiment showed a distinct decrease in soil pH and increase of salinity accompanied by an increase of Na+ and Cl– concentrations. Irrigation increased the heavy metals especially in the top layer from 0–30 cm. The most abundant heavy metals were Cd and Cr. The groundwater quality meets the Tunisian standard. Results for corn showed that irrigation with treated wastewater increased potassium content in the stems and seeds and sodium content in the stems and roots. The heavy metals Cd, Fe, Pb and Cr increased: Cr, Fe and Zn in roots and Cr, Mn and Zn in seeds. Absorption factor values were, in order, Fe > Ni > Zn > Mn > Cu > Co > Pb > Cr > Cd, whereas, translocation factor values were, in order, Cu > Zn > Co > Mn > Cd > Cr > Fe > Pb > Ni.
Keywords: salinity, irrigation, metals uptake, translocation and adsorption factors

 

Скачать

                                                   Почвоведение №11, 2022

Генезис и география почв

А. Ю. Овчинников, А. А. Выборнов, М. А. Кулькова, А. М. Макшанов Анализ почвенно-экологических условий на нео-энеолитических поселениях Нижнего Поволжья // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1141-1150. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110119

Представлены результаты междисциплинарных исследований, проведенных на нео-энеолитических поселениях “Алгай” и “Орошаемое”. Поселения относятся к VII–V тыс. лет до н. э., расположены в Нижнем Поволжье, в Александрово-Гайском районе Саратовской области. Современные почвы территории исследования представлены светло-каштановыми карбонатными (Eutric Cambisol (Loamic, Protocalcic, Ochric)), в археологических раскопах – антропогенно-преобразованными вариантами тех же почв. На примере археологических памятников проведены: реконструкция природно-климатических особенностей археологических поселений и прилегающей территории; сравнение с другими регионами Нижнего Поволжья в связи с палеогеографической обстановкой. Результаты исследования показывают, что на территории Нижнего Поволжья происходила поэтапная периодическая смена аридизации и гумидизации климата, а вместе с этими изменениями – смена почвообразования и осадконакопления. Анализ двух соседних памятников показал, что скорость формирования почвенной толщи в данном районе изменялась от 0.8 до 35 см/100 лет. Почвенные толщи были определены и разделены на серии разновременных голоценовых почв. Стерильные (светлоокрашенные горизонты без артефактов) или В-горизонты представляют собой почвообразующие породы для каждой из сформированных почв. Стерильные горизонты формировались в аридных условиях с образованием засоленных почв. Длительность формирования каждой голоценовой почвы была разной. Показано, что в течение всего голоцена на изученной территории наблюдалась цикличность этапов аридизации и гумидазации климата, но в общем тренде нарастания гумидизации.

Ключевые слова: голоцен, Нижнее Поволжье, Eutric Cambisol (Loamic, Protocalcic, Ochric)

Химия почв

Т.Т. Ефремова, С.П. Ефремов, А.Ф. Аврова Зольный состав морфометрических фракций как показатель стадий преобразования подстилок (на примере болотных березняков) // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1151-1366. https://doi.org/10.31857/S0032180X2211003X

 В естественно-дренированных болотных березняках (Betula pubescens Ehrh.) Западной Сибири на расстоянии 0–30 и 100–140 м от русла внутриболотной речки Еловка сформировались сильно- и груборазложившиеся подстилки (географические координаты 56°23′710″ с. ш., 84°34′043″ в. д.). Средневзвешенное содержание металлов в сильноразложившейся подстилке: Ca11515 > Fe8502 > Al8472> >Mg1468 > K1104 > Sr471 > Na200 > Zn65.3 > Cu15.6 > Pb12.1 ≈ Ni12.2 > Co9.5 > Cr6.2 > Cd0.35 мг/кг. В груборазложившейся подстилке количество элементов меньше примерно в 1.5–2 раза. Поступление минеральных веществ в подстилку определяется древесным опадом и ветошью напочвенного покрова в ходе разложения, а также типом водно-минерального питания болота, приносом паводковыми водами осаждаемого материала и аэрозольными выпадениями. Зольный состав морфометрических фракций сильно варьирует (Cv – 29–47%) и обусловлен содержанием R2O3 и микроэлементов на 63% в сильноразложившейся и на 84% в груборазложившейся подстилке. По мере дробления растительных фрагментов происходит последовательная аккумуляция Fe, Al и микроэлементов в форме нерастворимых органо-минеральных комплексов в процессе сопутствующей гумификации; поэтапный (преимущественно на стадии ферментации) вынос оснований, предположительно в виде гидрокарбонатов в результате активного образования СО2. Морфометрические фракции каждого типа подстилок по зольному составу объединились в 3 кластера, характеризующие стадии трансформации минерального компонента. Формализованные объединения сообразуются с визуальным расчленением подстилок на подгоризонты и характеризуют их размерный ряд: L – >5, F – 5–1, H – 1– <0.25 мм в сильноразложившейся подстилке крапивно-лабазниковых березняков и соответственно >10, 10–5, 1–<0.25 мм в груборазложившейся подстилке осоково-вейниковых березняков. Объективным признаком стадий метаморфоза подстилок служит количество Fe, ранжиры которого на каждом этапе преобразования адекватны примерно двукратному увеличению относительно исходного содержания.

Ключевые слова: классификация подстилок, растительные фрагменты, этапы трансформации подстилок, многомерный статистический анализ

Физика почв

1. Erdel and F. Mikailsoy ''Determination of Thermophysical Properties of Fluvisols in Eastern Turkey

Using Various Models,'' Eurasian Soil Science, 55 (11), - (2022).

https://doi.org/10.1134/S1064229322110047

The thermal properties (thermal diffusivity, thermal conductivity, damping depth, heat absorption and heat flux) of soils were determined using different models (Amplitude, Arctangent, Logarithmic, Phase and Improved method) to select the adequate model according to the model selection criteria and to determine under which application (no-tillage, conventional tillage) the thermal properties of the soils are better. The study was conducted on loamy calcareous alluvial soils (Calcic Fluvisols) which were formed as a result of floods of the Aras River in the foothill areas of eastern Turkey. In the experiment, temperature sensors were placed in different depths of the soil (5, 10, 20 and 30 cm) at both tillage systems during the growth season of wheat. Temperature data were collected from sensors hourly. The thermal properties of the soils were calculated with different models by using the recorded data. As a result, it was determined that the adequate model was the arctangent. Because of the high average temperature under conventional tillage and the difference in soil texture, the thermal properties of the soils were higher under conventional tillage.

Keywords: Fluvisols, thermal diffusivity and conductivity, no-tillage, modelling, arctangent model

1. Hezarian, B. Khalilimoghadam, A. Zoratipour, M. Firoozy Nejad, and A. Yusefi ''Assessment of the Capability of Satellite Images in Determining the Topsoil Moisture Content in the Dust Hotspot of Southeastern Ahvaz in Iran,'' Eurasian Soil Science, 55 (11), - (2022).

https://doi.org/10.1134/S106422932211014X

Soil moisture content is one of the critical parameters in water resource studies and watershed management. Large-scale field measurement is a tough, time-consuming, and costly task. newly, models based on remote sensing indicators have found special importance with high accuracy to investigate the soil and water resources. This study aims to use Landsat 8 satellite imagery to study variation in topsoil moisture content of dust hotspots of southeastern Ahvaz of Iran, over the five months (from February to June 2019). After monthly field sampling, satellite images were applied to determine the NDMI index and the topsoil moisture content using Bands 5 and 6 (main Bands) of Landsat 8 satellites. Then, by fusion, with Band 8 (panchromatic Band), the soil moisture content map was obtained for each month. The Pearson correlation positive was obtained between the NDMI of the main band and the NDMI of fusion with the soil moisture content of field for April month, with a correlation coefficient 0.543, and a significance level of 0.05 (P-value < 0.05). Also, for each month, the humidity index modeling was obtained for both data (the main (original) band and the fusion band). The proposed model was evaluated using statistical metrics namely R2, RMSE and MAE to April month, and the results were 0.57, 1.25 and 5.45, respectively. After validating the models, the best ones were selected for estimating the soil moisture content. Finally, the obtained results showed that Landsat 8 data presented satisfying outcomes for estimating map soil moisture content.

Keywords: Soil moisture content, dust storm, NDMI, LANDSAT 8

Н. П. Неведров, Д. А. Саржанов, Е. П. Проценко, И.И. Васенев Пространственно-временная изменчивость эмиссии СО2 из альфегумусовых песчаных почв лесостепеной зоны на примере г. Курска // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1366-1377. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110090

Представлены данные, характеризующие пространственно-временную изменчивость эмиссии диоксида углерода из альфегумусовых песчаных почв лесостепи Среднерусской провинции (на примере г. Курска). Оценка проводилась in situ методом закрытых камер. Исследованы факторы, определяющие особенности суточной и сезонной вариабельности почвенной эмиссии СО2 для подзолов (Albic Podzol (Arenic)) и дерново-подзолов иллювиально-железистых песчаных (Albic Podzol (Arenic, Ochric)). Получены тренды, характеризующие трансформацию базовых биологических, морфологических, физических, химических и физико-химических свойств подзолов иллювиально-железистых песчаных в условиях сукцессионной смены хвойных лесонасаждений на широколиственные леса (дубравы). Суточная скорость эмиссии СО2 из дерново-подзолов была в 1.8 раза больше, а при оценке сезонной динамики в 2.1 раза больше, чем из подзолов. Температура почв является фактором, определяющим сезонную вариабельность скорости потоков СО2 из подзолов и дерново-подзолов песчаных, а влажность почв обуславливает ее пространственную вариабельность. Сукцессионные процессы, происходящие в сосновых лесонасаждениях, могут увеличивать углероддепонирующий потенциал почв. Запасы гумуса в Albic Podzols (Arenic) относительно (Albic Podzols (Arenic, Ochric)) г. Курска возрастали с 17.2 до 38.4–56.2 т/га. Способность депонирования углерода в биомассе древесных пород лиственного леса увеличилась на 50% относительно соснового леса.

Ключевые слова: сосновые насаждения, микробиота, подзол иллювиально-железистый песчаный

(Albic Podzol (Arenic)), дерново-подзол иллювиально-железистый песчаный (Albic Podzol (Arenic,

Ochric)), влажность почв, температура почв

А. В. Смагин, Н. Б. Садовникова Температурный фактор водоудерживающей способности почв // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1378-1390. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110120

 Исследовано влияние температуры в диапазоне от 4 до 50°С на кривые водоудерживания в пяти почвенных образцах разного гранулометрического состава. Использован метод термостатического центрифугирования, что впервые позволило показать влияние температурного фактора в широком диапазоне абсолютных значений термодинамического потенциала воды от 0 до 3000 Дж/кг. С помощью статистических методов оценивались две физически-обоснованные гипотезы взаимосвязи температуры и термодинамического потенциала – “капиллярная” (понижение водоудерживания с ростом температуры) и “поверхностных сил” (температурная инвариантность кривых водоудерживания). Представительный анализ по 4–8 повторностям каждого варианта эксперимента не выявил статистически значимого влияния температурного фактора на кривые водоудерживания во всех исследованных образцах. Предложено объяснение полученных результатов на базе потенциальной теории Поляни и ионно-электростатического механизма расклинивающего давления воды по Дерягину.

Ключевые слова: термодинамический потенциал почвенной влаги, кривые водоудерживания, температура почвы, капиллярность, расклинивающее давление пленок воды, гранулометрический состав, почвенная статистика

Биология почв

Хомутова Т. Э., Борисов А. В. Microbial diversity in buried steppe palaeosols in relation to former pattern of annual precipitation // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1391-1398. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110065

Проведено сравнение микробного разнообразия современной светло-каштановой почвы (Cambisol) и палеопочв, погребенных под курганами, возведенными от 3900–3700 до 2400–2300 лет до н. э. в пустынно-степной зоне Ергенинской возвышенности. Химические и морфологические свойства палеопочв различались, что свидетельствует о различиях природных условий в периоды возведения курганов. Микробное разнообразие в горизонтах AJ и BMK изучали методом полиморфизма длины концевых рестриктов фрагмента гена 16S рРНК (TRFLP). С использованием базы данных известных микроорганизмов (RDP), была проведена таксономическая идентификация бактериальных филотипов. Бактериальные сообщества были разнообразны и отражали функционирование почвенной биоты, включая патогенные микроорганизмы растительного и животного мира. В современной почве бактериальное разнообразие в горизонтах AJ и BMK различалось, тогда как в палеопочвах оно было сходным. В самой древней палеопочве, погребенной в 3900–3700 годах до н. э., бактериальные группы были общими с таковыми других палеопочв и/или современной почвы. Напротив, две палеопочвы, погребенные в засушливые периоды бронзового века (вторая половина III тысячелетия до н. э.), содержали специфические бактериальные группы, особенно палеопочва, погребенная на пике аридизации климата (2400–2300 лет до н. э.). Высокое микробное биоразнообразие погребенных почв засушливых периодов связано с соответственными изменениями внутригодового хода осадков.

Ключевые слова: годовые осадки, погребенные палеопочвы, микробное разнообразие

Jingjing Li, Yongbo Xu, Jun Zhao, Xinhua Yin, and Zhuoying Xu ''Response of Microbial Diversity in Soil under Plastic Shed to Different Years of Continuous Cropping,'' Eurasian Soil Science, 55 (11), - (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322110072

This study aimed to investigate the changes in bacterial and fungal community composition and its relationship with environmental factors in the red soil (Ferralsols) under different continuous cropping years. Changes in composition and diversity of bacterial and fungal communities in lily red soil from continuous cropping for 4 years (C4), 5 years (C5), and 7 years (C7) were studied by MiSeq high-throughput sequencing. Alpha diversity analysis showed that the Shannon and Simpson diversity indexes were significantly increased for bacteria and significantly decreased for fungi, respectively, in the red soil under protected lily cultivation with the extension of continuous cropping. In the analysis of microbial community composition, the dominant bacterial phyla were Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, and Chloroflexi. Those dominant bacterial phyla in C4, C5, and C7 accounted for 85.17, 81.04, and 81.64% of the total bacterial community, respectively. Among the fungi, only Ascomycota was the dominant taxa, and the dominant taxa in C4, C5, and C7 accounted for 93.69, 92.20, and 84.31% of the total fungi community, respectively. The abundance of Fusarium ascomycetes was 44.02–58.83% in these three soils. Correlation analysis showed that soil pH, organic carbon, and total nitrogen were significantly related to the abundance of Proteobacteria, Actinobacteria, and Acidobacteria. The pH value was positively correlated with Penicillium and negatively correlated with Fusarium. Environmental factors such as pH, total nitrogen (TN), soil organic carbon (SOC), available phosphorus, and available potassium affect the composition of the soil microbial community by influencing the dominant bacteria phyla. The decrease in pH after continuous cropping leads to soil acidification, which affects the soil microbial community, which in turn reduces soil stability. The results of this study showed that the diversity index of soil bacterial microbial community increased significantly after continuous cropping, and the diversity of the fungal microbial community decreased significantly. Soil pH is the key factor to predict the structure of soil microbial community and to regulate the continuous cropping obstacle reasonably. Meanwhile, the dominant bacterial phyla were Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, and Chloroflexi. Fusarium dominated in the Ascomycota after continuous cropping, which might be one of the main reasons for the continuous cropping obstacle in facility lily red soil.

Keywords: High-throughput sequencing, Dominant taxa, Community composition, microbial diversity, Fusarium

Агрохимия и плодородие почв

Э. А. Гаевая, О. С. Безуглова, Е. Н. Нежинская Агрофизические свойства чернозема обыкновенного слабоэродированного в длительном опыте в Ростовской области // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1399-1414. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110053

 Представлены результаты исследований на экспериментальных полях опыта, заложенного на склоне балки Большой Лог Аксайского района Ростовской области, зарегистрированного в Российской Географической сети длительных опытов с удобрениями (аттестат № 169). Проанализированы данные об изменении в течение 35-летнего периода содержания органического углерода (Сорг), суммы обменных оснований и показателей структурно-агрегатного состава старопахотных земель, расположенных на склоне юго-восточной экспозиции крутизной 3.5°–4.0°. Почва – чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый на лёссовидном суглинке (Haplic Chernozem (Loamic)). В результате длительного применения различных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на слабо эродированном склоне было отмечено изменение свойств пахотного слоя. Процессы деградации в виде смыва почвы отмечены в 74.2% лет из 35-летнего периода наблюдений в зависимости от складывающихся метеорологических условий. Экстенсивная система земледелия в севооборотах различной эрозионной устойчивости провоцирует уменьшение содержания Сорг с 3.80–3.83 до 3.58–3.69%. Использование систем земледелия на адаптивно-ландшафтной основе позволило сократить потери почвы. Применение почвозащитных севооборотов на эрозионноопасном склоне сокращает смыв почвы на 35.0–52.5%. На фоне внесения органических и минеральных удобрений в средних дозах (N46P24K30) процессы деградации уменьшаются, формируется бездефицитный баланс гумуса: содержание Сорг стабилизируется на уровне 3.78–3.88%. Увеличение дозы внесения минеральных удобрений (N84P30K48) в 1.5 раза и введение в севооборот 40% многолетних трав приводит к увеличению содержания Сорг до 4.09–4.12%. Установлена тесная корреляционная зависимость (r = 0.90) между суммой обменных оснований и содержанием Сорг в почве. Увеличение Сорг и суммы обменных оснований приводит к изменению структуры почвы. Отмечено уменьшение количества глыбистых структурных агрегатов >10 мм за счет увеличения доли агрегатов, относящихся к агрономически ценной размерности 7–2 мм, и пылеватой фракции (<0.25 мм). На основе статистического анализа выделены две главные компоненты (ГК), описывающие 79.1% общей дисперсии агрегатов (ГК1 – 40.6%, ГК2 – 38.5%). Увеличение количества мезоагрегатов в ГК1 при уменьшении вклада фракции размером >10 свидетельствует о процессах деградации почвы. При рассеве в воде наибольший вклад в дисперсию первых двух компонент вносят фракции размером 5–7; 2–3 и 0.25–0.5 мм.

Ключевые слова: смыв почвы, органический углерод, обменные основания, структурно-агрегатный состав, средневзвешенный диаметр агрегатов, анализ главных компонент

М.Т. Васбиева, Н.Е. Завьялова, Д.Г. Шишков Изменение агрохимических свойств дерновоподзолистой тяжелосуглинистой почвы по профилю при длительном применении азотных, фосфорных и калийных удобрений в условиях Предуралья // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1415-1425. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110132

Изучено влияние длительного применения азотных, фосфорных и калийных удобрений на изменение в дерново-подзолистой почве (Albiс Retisol (Abruptic, Aric)) содержания органического углерода, минерального азота, подвижных форм фосфора и калия, показателей почвенно-поглощающего комплекса. Исследования проведены в метровом слое почвы в условиях многолетнего стационарного опыта, заложенного в Пермском крае в 1978 г. Направление, характер и интенсивность изменений агрохимических свойств почвы зависели от вида и сочетания удобрений (N, P, K, NP, NK, PK и NPK). В опыте применяли аммиачную селитру или мочевину, двойной или простой суперфосфат и калий хлористый. Доза удобрений – 90 кг д. в./га. Установлено, что длительное применение азотных удобрений (N90) привело к существенным потерям в почве органического углерода до глубины 40–60 см, запасы Сорг в метровом слое уменьшились почти на 30%. Длительное применение калия хлористого (К90) способствовало увеличению содержания Сорг в метровом слое почвы, запасы возросли на 40%. Длительное одностороннее внесение суперфосфата (Р90) не оказало существенного влияния на изменения Сорг по профилю почвы. Азотные удобрения, как при одностороннем внесении, так и в сочетании с фосфором и калием (NP, NK, NPK), способствовали существенному подкислению почвы. Уменьшение показателя рНKCl и увеличение гидролитической кислотности наблюдали до глубины 40–60 см или в метровом слое почвы. В данных вариантах отмечено увеличение содержания минерального азота в почве. Интенсивность миграции минерального азота по профилю зависела от сочетания видов удобрений. Калий хлористый в сочетании с суперфосфатом (P90K90, N90P90K90) способствовал миграции фосфора по профилю. Отмечено увеличение содержания подвижных соединений фосфора до глубины 60–80 см или в метровом слое почвы. Суперфосфат нивелировал влияние азотных или калийных удобрений на показатели плодородия почвы.

Ключевые слова: минеральные удобрения, органический углерод, кислотность почвы, минеральный

азот, подвижные соединения фосфора, подвижные соединения калия

Деградация, восстановление и охрана почв

А. А. Дымов, В. В. Старцев, Н. М. Горбач, Д.А. Севергина, И.Н. Кутявин, А.Ф. Осипов, Ю.А. Дубровский Изменения почв и растительности при разном числе проездов колесной лесозаготовительной техники (средняя тайга, Республика Коми) // Почвоведение. 2022. № 11. С.

1426-1441. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110028

Представлены изменения подзолистых почв (Albic Retisols) и растительности после рубки ельника черничного на территории средней тайги Республики Коми. Описаны изменения морфологиче- ских и физико-химических свойств почв при трех- и десятикратном проходах форвардера, а также при десятикратных проездах с последующим выравниванием волоков для сглаживания колей. Пока- зано, что число проездов форвардера является определяющим фактором изменения почв. Выявлено, что на волоках с тремя проездами наблюдается формирование колей глубиной 11 ± 3 см, в то время как при десятикратном глубина колей может доходить до 66 см со средними значениями 27 ± 4 см. Выравнивание территорий волоков приводит к наибольшей трансформации естественного сложе- ния верхних горизонтов почв на большей площади. Выявлено статистически значимое увеличение плотности верхнего минерального горизонта в почве волока с тремя проходами техники. Для почвы волока с десятью проходами показано уменьшение плотности сложения в верхнем минеральном турбированном горизонте из-за его перемешивания и разрыхления колесной техникой, но при этом наблюдается увеличение плотности в нижележащем срединном минеральном горизонте, сохранив- шем естественное сложение. Верхние горизонты почвы волока, на котором провели выравнивание с использованием экскаватора, характеризуются статистически значимым возрастанием плотности по сравнению с исходной почвой. Выявлено, что возобновление основных древесных пород в пер- вый год после рубки происходит крайне неравномерно. При сильной захламленности на волоках возобновление отсутствует, что требует дополнительных мероприятий для улучшения возобновле- ния на этих технологических элементах вырубки. На выравненных участках волоков выявлено от- сутствие возобновления в первый год после рубки, однако можно предположить, что в дальнейшем эти участки будут достаточнобыстро заселены подростом древесных пород.

Ключевые слова: уплотнение почвы, выравнивание колей, рубка леса, подзолистые почвы, натурный

эксперимент

М. Г. Опекунова, А. Ю. Опекунов, С. Ю. Кукушкин, С. А. Лисенков, С. В. Власов, В. В. Сомов Загрязнение почв северой части Западной Сибири нефтяными и полициклическими ароматическими углеводородами: распределение и оценка экологического риска // Почвоведение.

2022. № 11. С. 1442-1460. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110107

Дана оценка уровня загрязнения и токсичности почв на территории нефтегазовых месторождений в тундре и северной тайге Западной Сибири. Проведен анализ содержания нефтяных углеводородов (НУ) и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в почвах на четырех участках разлива шламовых отходов и вдоль трассы зимника. Установлен фракционный состав веществ группы ПАУ и его связь с содержанием НУ, определенных различными методами – инфракрасной спектроскопии (НУИК) и флуориметрического метода (НУФЛ). Концентрация НУИК в несколько раз превышает концентрацию НУФЛ. Высокая концентрация НУИК в почвах на территории участков нефтегазодобычи индицирует загрязнение сырой нефтью при строительстве скважин. Увеличение содержания НУФЛ обусловлено главным образом поступлением пирогенных ПАУ с выбросами большегрузных автомобилей. Суммарная концентрация ПАУ варьирует от 95 до 22114 мг/кг. Преобладающими веществами группы ПАУ являются низкомолекулярные соединения – нафталин (12%), фенантрен (23%) и флуорантен (16%), что связано с загрязнением легкой нефтью в результате бурения скважин. Миграция загрязняющих веществ по почвенному профилю выражена слабо, в основном они концентрируются в верхней части торфяного горизонта. Латеральная миграция поллютантов от пятна разлива в зависимости от ландшафтно-геохимических условий составляет не более 50–100 м. Для оценки экологических рисков токсичности почв проведен расчет индекса опасности загрязнения с использованием бенз[a]пиренового эквивалента токсичности и предложенной авторами шкалы. Согласно результатам расчета 62% исследованных образцов почвы определены как незагрязненные, 37% отвечают среднему и низкому уровням риска загрязнения окружающей среды, а одна проба (<1%) – высокому уровню.

Ключевые слова: нефтегазодобыча, многолетняя мерзлота, буровой шлам, индекс опасности загрязнения, Entic Podzols, Gleysols

А. Неаман, К. Яньезс Детерминанты фитотоксичности меди в нативных техногенно загрязненных почвах: обобщение авторских исследований // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1461-1470.

https://doi.org/10.31857/S0032180X22110089

Обобщены результаты многолетних исследований по определению фитотоксичности меди в нативных почвах, загрязненных выбросами медной горнодобывающей промышленности в области Вальпараисо центрального района Чили. Установлено, что несмотря на полиэлементный характер загрязнения исследованных почв, медь является основным фактором, лимитирующим рост растений, тогда как влияние других элементов статистически незначимо. Показано, что концентрация меди в 0.1 M KNO3 вытяжке – лучший индикатор фитотоксичности по сравнению с валовым содержанием меди в почве и активностью свободных ионов Cu2+ в 0.1 M KNO3 вытяжке. Отмечено, что валовое содержание меди, pH и концентрация растворенного органического углерода – наиболее важные переменные для прогнозирования концентрации меди и активности ионов меди в 0.1 M KNO3 вытяжке.

Ключевые слова: токсичность, Eutric Fluvisols, Dystric Arenosols, активность Cu2+, рН, лимитирование роста растений

Скачать

                                                  

                                                Почвоведение №12, 2022

Генезис и география почв
Кухарчик Т.И., Какарека С.В. Гигиняк Ю.Г. Почвы полуострова Брокнес, Холмы Ларсеманн, Восточная Антарктида: геохимические свойства, факторы формирования // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1473-1488. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100513

Приведены результаты исследования слаборазвитых мерзлотных почв (Cryosols) в восточной части п-ова Брокнес, Холмы Ларсеманн, Восточная Антарктида. Полевые исследования выполнены на четырех ключевых участках, характеризующих влажные и сухие местоположения в пределах двух долин, повышенный сухой участок с визуальными признаками засоления и участок с моховой экосистемой, в январе–феврале 2020 г. по программе 12-й Белорусской антарктической экспедиции. Обсуждаются данные по гранулометрическому и химическому составу почв, кислотности, содержанию органического углерода, общего азота, подвижных элементов питания, обменных оснований и водорастворимых соединений. Показана вариабельность основных показателей почв ключевых участков. Соотношение Si2O3/R2O3 варьирует от 2.9 (для склонов долин) до 5.2 (для засоленного участка). Наибольшее содержание Сорг (2.62%), Nобщ (0.42%) и P2O5 (117.8 мг/кг) характерно для почв моховой экосистемы, а также переувлажненных местообитаний влажных долин: 1.84, 0.20% и 108.2 мг/кг соответственно. На засоленном участке выявлено повышенное содержание K2O (217.3 мг/кг) и высокая доля обменного натрия (до 37–44%). Охарактеризован различный вклад почвообразующих факторов с доминированием литогенного (участок I), биогенного (участок II), геоморфологического (склоны долин на участке III), гидрологического и биогенного (днища долин на участках III и IV). Полученные данные о химических свойствах почв могут быть использованы как основа последующих оценок их функционирования в зависимости от климатических изменений и антропогенных нагрузок, а также дополнения базы данных о почвах Антарктиды.
Ключевые слова: Cryosols, почвообразующие факторы, элементы питания, обменные основания

 

Ting Wu, Qihang Wu, Qianlai Zhuang, Yifan Li, Yuan Yao, Liming Zhang, Shihe Xing ''Optimal Sample Size for SOC Content Prediction for Mapping Using the Random Forest in Cropland in Northern Jiangsu,  China,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1689-1699 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322600816

A soil organic carbon (SOC) map of high accuracy is the basis for taking mitigation measures against crises of food security and global climate change. Predicting SOC based on a limited number of soil samples can reduce the cost and time for laboratory analysis. This study aimed to assess the influence of sample size on the prediction of SOC and to identify the optimal sample size of SOC prediction for cropland in northern Jiangsu, China. A total of 1182 soil samples were randomly split into calibration and validation sets. Ten calibration subsets of samples between 108 and 1064 were selected by using a parent material-based stratified random resampling strategy. The random forest algorithm was used to develop 10 calibration models validated based on the same validation sample set. These 10 models were evaluated through the explained variance (EV) and the root mean square error (RMSE). The results showed that the calibration model based on 960 soil samples had the best performance in SOC prediction. Significantly biased predictions were produced by the calibration models based on more or less than 960 soil samples due to underrepresentation or overrepresentation. Relief and climate were demonstrated to be the predominant factors influencing SOC prediction in this study area. These results may provide theoretical support for studies relevant to SOC mapping.

Keywords: organic matter, random forest, stratified random resampling, variable importance, Cambisols

Химия почв
Голубцов В.А., Вантеева Ю.В., Воропай Н.Н., Василенко О.В. Черкашина А.А, Зазовская Э.П. Состав стабильных изотопов (δ13С) как показатель динамики органического углерода в почвах западного побережья озера Байкал // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1489-1504. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600597

Оценка основных факторов, определяющих динамику углерода в почвах, является актуальной проблемой в контексте современных климатических изменений. Один из подходов к оценке этой динамики – анализ состава стабильных изотопов углерода (δ13С). Исследования проведены в ландшафтах юго-восточного макросклона Приморского хребта и его предгорий, характеризующихся контрастными физико-географическими условиями. Проанализированы климатические параметры, внутрипочвенные и пространственные вариации состава стабильных изотопов углерода, а также физико-химические свойства почв, определяющие его динамику. Наибольшими значениями δ13С (–24.72 и –23.97…–24.75‰) характеризуются гумусовые горизонты почв, формирующихся в условиях гольцовых и степных ландшафтов, наименьшими (–25.61…–27.18‰) – почвы горной тайги. На основе расчета линейной зависимости значений δ13С от содержания общего углерода в почве, изменяющихся с глубиной, определена интенсивность оборота углерода через наклон линейной регрессии. Выявлено, что в контрастных условиях гольцовых и степных ландшафтов климат (дефицит тепла и влаги) оказывает значительное влияние на интенсивность трансформации органического вещества, перекрывая действие внутрипочвенных факторов. В более благоприятных климатических условиях горно-таежных ландшафтов динамика органического вещества в почвах контролируется преимущественно внутрипочвенными факторами.
Ключевые слова: круговорот углерода, Приморский хребет, Приольхонское плато

 

Jialin Gu, Guoyuan Zou, Shiming Su, Shunjiang Li, Wei Liu, Huiwei Zhao, Liyuan Liu, Liang Jin, Yei Tian, Xinyuan Zhang, Yuning Wang, Tongke Zhao, Lianfeng Du, and Dan Wei ''Effects of pH on Available Cadmium in Calcareous Soils and Culture Substrates,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1702-1707 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322601391

The effect of pH on available Cd in calcareous soils and culture substrate was studied by adding exogenous Cd and artificially adjusting the pH to create different pH conditions. It is expected to provide reference for the control of Cd pollution by adjusting pH. The cadmium chloride was added to the calcareous soil and culture substrate to make the total cadmium content 1.0 mg kg–1. The pH of soil and substrate was adjusted, and then the available cadmium content in soil and cultivation substrate was detected under different pH conditions. The content of available Cd in calcareous soil decreased with increasing pH in the range of pH 3.40 to 8.97, showing a significant negative correlation. At a pH range of 3.03 to 4.37, the available Cd content in the culture substrate increased significantly with increasing pH, while the available Cd content in the culture substrate at a pH range of 4.37 to 9.47 was not significantly different.
Keyword: heavy metal, greenhouse culture, organic substrate

 

Физика почв

М. Л. Бурдуковский, Я. О. Тимофеева, В. И. Голов, И. В. Киселева, Р. В. Тимошинов Динамика реакции почвенной среды, структурно-агрегатного состояния и запасов углерода подбелов темногумусовых в ходе постагрогенного развития // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1505-1513. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600664

Представлены результаты изучения агротемногумусовых подбелов (Luvic Albic Mollic Planosols (Epiloamic, Endoclayic, Aric)) в течение их постагрогенного развития в Приморском крае. Исследованы изменения структурно-агрегатных характеристик почвы, реакции почвенной среды, содержания и запасов углерода. Установлено, что после вывода почвы из сельскохозяйственного оборота ее структурно-агрегатные характеристики восстанавливаются. В бывшем пахотном горизонте залежей наблюдается увеличение доли агрономически ценных агрегатов, их средневзвешенный диаметр уменьшается. По мере постагрогенного восстановления растительности происходит подкисление почв. В 20-летней залежи, при появлении древесных пород, наблюдалось некоторое увеличение уровня кислотности. Содержание углерода и его запасов в почвах имеет устойчивую тенденцию к увеличению в течение всего исследованного периода постагрогенеза. Запасы углерода в слое (0–25 см) увеличиваются после прекращения распашки, достигая максимального значения к 85 годам. Запасы углерода в толще 0–50 см залежей 20- и 85-летнего возраста статистически значимо не различались. Плотность пахотного слоя на пашне составляла 0.88 г/см3. В залежных вариантах плотность верхнего горизонта почвы варьировала в пределах 0.67–0.79 г/см3.
Ключевые слова: залежи, постагрогенные почвы, структура почвы, Mollic Planosols

 

Qi Liu, Lijun Su, Chonglei Zhang, Bingli Hu, and Siyou Xiao ''Responses of Infiltration Potential and Soil-Erosion Processes to Rainfall Patterns in Two Types of Slopes over the Eastern Region of the Tibetan Plateau,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1716-1728 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322100672

Vegetation and rainfall pattern are two important factors affecting the infiltration-runoff processes in slopes. Rainfall events in the eastern margin of the Tibetan Plateau, monitored from June 2019 to October 2020, were classified into four patterns using the self-organizing mapping method. To determine the relationship between infiltration potential, runoff generation, soil erosion, and rainfall parameters, the four rainfall patterns were simulated on the bare and vegetated slopes, and soil moisture content, surface runoff, subsurface flow, and sediment yield were measured. The results showed that rainfall characteristics and meteorological parameters significantly affected soil moisture supply. Rainfall intensity and soil moisture content mainly affected the initial infiltration rate, soil properties and root characteristics determined the stable infiltration rate. Vegetation could accelerate the rate and amplitude of soil moisture absorption and dehumidification. Soil erosion intensity and rainfall duration were found to follow a power function (R2 > 0.84) in the bare slope and an exponential function (R2 > 0.64) in the vegetated slope. Vegetation could significantly mitigate soil erosion by altering the hydrodynamic parameters of overland flow, and the mitigating effect was found to be more pronounced for light rainfall events. Moreover, the existence of an optimal initial moisture content for minimizing soil erodibility could be ascertained. These results provide insight into the dynamic responses of infiltration potential and erosion process in bare and vegetated slopes to different rainfall patterns and could guide the prevention of slope instability and soil erosion in response to complex climate change in the next two decades.
Keywords: self-organizing mapping, rainfall pattern, infiltration characteristic, soil erosion, hydrodynamic parameters, infiltration-runoff processes

Han Guo, Haoxuan Feng, Xuguang Xing ''Plastic Content and Size Together Produce the Dual Effects on Water Loss and Surface Fissure for Silt Loam,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1741-1748 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322601536

Evaporation is a common process in farmland under natural conditions, whereas, surface cracking associated with evaporation is always overlooked. Plastic contamination is becoming a hot issue of global concern; therefore, a clear understand of how plastics affect water evaporation and soil cracking is necessary. However, the previous research in this area was not completed. Silt loam was mixed with two concentrations (0.1 and 0.5%, w/w) of plastic residual films each with three sizes (10, 5, and 2 mm) and undergone the natural evaporation experiments, during which the water loss and surface fissure parameters were obtained. Results showed that the presence of plastics had dual influences (i.e., promoting and inhibiting effects) on water evaporation and desiccation cracking, which were determined by the content and the size of plastics. In the case of 0.1% plastic added, the plastics less than 10 mm in size promoted evaporation, which increased with the increasing plastic size by creating channels for water movement. In the case of 0.5% plastic added, the large plastic with 10 mm inhibited evaporation instead due to the formed waterproof layer in the soil. Water evaporation and desiccation cracking changed synchronously and affected each other. The crack area has an extreme significant effect on water evaporation and soil water, but crack length did not. The variation of total crack area for both 0.1 and 0.5% plastic added treatments was the same as that of water evaporation. Further studies should focus on other soil types to confirm the dual influences found.

Keywords: desiccation cracking, evaporation, plastic contamination, soil water

 

Azadi and J. Baninemeh ''Performance Analysis of Geostatistical Approach and PCA Techniques for Mapping Cation Exchange Capacity in the South West of Iran,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1749-1760 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322601494

The mapping of cation exchange capacity (CEC) was assessed using the geostatistical technique based on principal component analysis (PCA) in the Khuzestan province, southwestern Iran, for the proper management of agricultural lands. To this end, 210 topsoil samples were obtained from the area at the depth of 0–30 cm by systematic sampling in regular networks with dimensions of 350 × 350 m. Soil attributes were fully analyzed using both classical and geostatistical methods, and the prediction map of soil CEC was created by ordinary kriging (OK) and cokriging (CK) methods. The findings revealed that soil properties dominating the first principal component (PC1) explained the high correlation observed between soil properties such as CEC (r2 = 0.89). Still, a weak or no correlation between other components and CEC was obtained in the correlation matrix. According to the PCA results, the PC1 was used as an auxiliary variable to estimate the soil CEC in the CK method. The precision of the prepared maps was determined by the cross-validation analysis using NRMSE, MAE, and R2. Based on the cross-validation result of the predicted dataset, the NRMSE and MAE for OK were 0.25, 2.9, and 0.34 cmol(+) kg-1, and 0.18 and 2.1 cmol(+) kg-1 for CK, respectively. The cross-validation R2 for the prediction dataset was 0.31 for OK and 0.84 for CK methods at the 0.01 level, respectively. The result also revealed that the CK interpolation method with PC1 could effectively predict soil CEC variation. Furthermore, the combination of the CK method and PC1 derived from soil attributes was reasonably able to predict soil CEC. Principal components, which have a good correlation with the dependent variables, the best potential for CK predictions, and the application of CK interpolation method with PC1 can reduce the time and cost for CEC mapping.

Keywords: CEC, cokriging, ordinary kriging, principal component analysis

Biplab Ghosh, Aparimita Priyadarshini Naik, and Sreeja Pekkat ''Rectangular Hyperbola Method for the Estimation of Soil Near Surface Hydraulic Conductivity Based on Short Term Infiltration Measurements,''  Eurasian Soil Science, 55 (12), 1761-1769 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322601202

Disc infiltrometer can be used to characterize near saturated, soil near surface hydraulic conductivity, which is mandatory for hydrological modelling of runoff, irrigation management and artificial recharge. The hydraulic conductivity determination from the disc infiltrometer measurements requires soilspecific water retention characteristic parameters. This study proposed an alternate procedure for determining near surface near saturated soil hydraulic conductivity (K) and saturated hydraulic conductivity (Ks) for 14 soils comprising 4 different soil textures in the field. The study demonstrated the usefulness of rectangular hyperbola method (RHM) for predicting long-term final infiltration rate (if) from 50 min short-term mini disc infiltrometer (MDI) measurements. The estimated if was utilized for determining K directly. For this purpose, a multiplication factor R was proposed for four USDA surface soil textures. In addition, an empirical relationship was proposed for determining Ks from if estimated by RHM. The advantage of the proposed empirical procedure is that if, K and Ks can be determined from 50 min short-term MDI measurements without the knowledge of soil specific water retention parameters. The proposed methodology can be used to determine K and Ks of other soil textures, vegetated and organic soils. Keywords: disc infiltrometer, infiltration rate, empirical procedure, multiplication factor, soil texture

Биология почв

А.В. Якушев, Н.В. Величко, Д.Г. Фёдоров-Давыдов, Н.С. Мергелов, А.В. Лупачев, Д.Е. Рабочая, А.Ф. Белосохов, В.С. Соина Организация микробных сообществ в почвах: эксперимент со стеклами обрастания в экстремальных наземных ландшафтах Антарктики // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1514-1529. https://doi.org/10.31857/S0032180X2260069X

Микробные комплексы органо-аккумулятивных горизонтов почв Антарктики (Cryosols, Leptosols) в оазисах Ларсеманн, Ширмахера и на о. Кинг-Джордж изучали методом стекол обрастания. Метод позволяет изучить таксономический состав микроорганизмов, особенности их морфологии, межорганизменные взаимодействия и пространственную организацию комплекса микроорганизмов, а также смоделировать процессы колонизации минеральных поверхностей. Микробные комплексы можно разделить по типу доминирующих микроорганизмов на 4 группы: 1 – разнообразные микробные комплексы о. Кинг-Джордж, отличающиеся большей долей диатомовых среди водорослей и преобладанием грибного мицелия в структуре грибной биомассы; 2 – комплексы лишайниковомоховых, моховых и водорослево-моховых ассоциаций озерных котловин с большей долей эукариотических и коккоидных сине-зеленых водорослей, микромицеты представлены мицелием и спорами; 3 – комплексы моховых и водорослево-моховых ассоциаций, днищ влажных долин с большей долей нитчатых цианобактерий, грибы или отсутствуют, или представлены короткими цепочками хламидоспор; 4 – гиполитные микробные сообщества наскальных “ванн” сухих каменистых пустошей, в которых на стеклах не развилось микробное обрастание. Микробный комплекс разных образцов, отобранных в феврале–марте разных лет, находился на различных этапах развития. Не во всех водорослевых и моховых ассоциациях микроскопический мицелий грибов был обилен, в некоторых образцах его практически не было. В ряде местообитаний доминировали не цианобактерии, а эукариотические водоросли: диатомовые, зеленые и стрептофитовые. Совокупность признаков комплекса указывает на экстремальность местообитания: в конкретном образце доминирует один морфотип меланизированного грибного мицелия; нет разнообразия форм спор, что косвенно свидетельствует о низком таксономическом разнообразии грибов; распространены множественное хламидоспорообразование и микроцикл развития; среди цианобактерий часто встречается бурая и красноватая окраска, формирование биопленок на стеклах ограничивается микроколониями, в то время как водорослевые биопленки обильно покрывают почвенные частицы исследованных горизонтов. Видимо, протяженные биопленки формируются за сроки, превышающее время экспозиции стекол. Гиполитные сообщества наскальных “ванн” за несколько лет экспозиции не колонизировали новые местообитания (стекла), в оазисах в днищах влажных долин и озерных котловин стекла обросли за год, на о. Кинг-Джордж – за 10 дней.
Ключевые слова: антарктические почвы, гиполитные горизонты, биопленки, микромицеты, водоросли

 

L. Gao, J.M. Gao, R. Wang, X. H. Ren, J. Fan, and G. M. Shen ''Effect of Altitude on the Release of Metabolites in the Tobacco Rhizosphere Soil,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1744-1752 (2022). https://doi.org/10.1134/S106422932260097X

Tobacco rhizosphere soils (area of Tujia and Miao Autonomous Prefecture of Hubei Province, China) of high (>1300 m), middle (800–1300 m), and low altitudes (<800 m) were collected to clarify the differences in metabolites in tobacco rhizosphere soil at different altitudes. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS/MS) was used to analyze the non-targeted metabolomics of tobacco rhizosphere soil metabolites. A total of 11 different metabolic substances were detected from the collected tobacco rhizosphere soil samples. Most differential metabolites were detected in tobacco rhizosphere soils at low and high altitudes. The levels of L-valine, pipecolic acid, and acetylcholine metabolites in tobacco rhizosphere soil at high altitudes were significantly increased. The levels of 1-aminocyclopropane carboxylic acid, L-proline, pyroglutamic acid, and naringenin metabolites in tobacco rhizosphere soil at low altitudes were significantly increased. At all altitudes, the differential metabolites in tobacco rhizosphere soil were significantly enriched in 10 synthetic pathways, wherein biosynthesis of secondary metabolites and amino acid biosynthesis were the main metabolic pathways. In conclusion, there are some significantly different metabolites in tobacco rhizosphere soil at different altitudes, which are mainly related to the biosynthesis of secondary metabolites and amino acids biosynthesis. The effects of these differential metabolites on tobacco growth and quality at different altitudes are worthy of further study.
Keywords: L-valine, pipecolic acid, acetylcholine chloride, low-altitude and high-altitude soils, Luvisols

 

M. N. Ashraf, M. A. Waqas, and S. Rahman ''Microbial Metabolic Quotient is a Dynamic Indicator of
Soil Health: Trends, Implications and Perspectives (Review),'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1752-1761
(2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322700119

There is growing concern about the negative impact of massive fertilizer use on soil health, threatening the environmental quality and sustainability of global agricultural production. Microbial metabolic quotient (qCO2) is an important soil health indicator, used to measure microbial C use efficiency (CUE). Soil carbon sequestration can be enhanced by increasing soil microbial biomass and CUE, ultimately improving soil health. However, the effects of long-term fertilization of agricultural soils on qCO2 variability remain unclear. This review provides a deep insight into the concepts and factors that influence qCO2 stability. Soil qCO2 depends on nutrient availability, and long-term fertilization increases microbial CUE in terms of decreased qCO2 values. Therefore, it is necessary to identify several theoretical advances and practical implications of qCO2 for microbial control of soil carbon cycling. In addition, qCO2 can be used as a tool for ecosystem monitoring and assessment in remediation programs due to its low-cost measurement.
Keywords: microbial carbon use efficiency, microbial metabolic quotient (qCO2), soil health, soil quality, carbon sequestration, long-term fertilization

 

Агрохимия и плодородие почв

И. В. Горепекин, Г. Н. Федотов, С. А. Шоба Аллелотоксичность почв (обзор) // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1530-1556. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600809

Рассмотрены основные понятия, характеризующие накопление в почве аллелотоксичных соединений, обоснована необходимость изучения аллелотоксичности почв и способов уменьшения ее негативного влияния на растения. Показано, что основными источниками формирования почвенной аллелотоксичности выступают выделения растений, микроорганизмов, а также вещества, образующиеся при разложении растительных остатков. Рассмотрены различные классы веществ, являющихся аллелотоксинами, приведены предполагаемые механизмы трансформации аллелотоксинов в почве, показаны возможности и ограничения существующих подходов к оценке почвенной аллелотоксичности. Сделан вывод о том, что в связи с трудностью получения информации о наличии аллелотоксинов методами химического анализа основными способами изучения этого явления должны служить методы биотестирования. На основе анализа литературных данных предложены пути снижения негативного влияния аллелотоксичности почв на растения, которые могут быть основаны на снижении концентрации аллелотоксинов (или их активности) в почвах или на границе семена–почва за счет закрепления аллелотоксинов на вносимых сорбентах или активизации потребления аллелотоксинов микроорганизмами.
Ключевые слова: источники аллелотоксинов, cостав аллелотоксинов, устойчивость аллелотоксинов в почвах, определение аллелотоксичности почв, снижение аллелотоксичности почв

Ф. Н. Лисецкий, Е. Я. Зеленская Ампелопедологические особенности географических районов виноградарства Крыма // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1540-1539. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600688

Большое ландшафтное разнообразие территории Крымского п-ова, которое формируется за счет 20 агроклиматических районов и 17 генетических групп почв, способствует формированию местных терруаров для виноградарства, что может обеспечить создание широкого спектра продукции виноделия с органолептической индивидуальностью. Цель исследования состояла в сравнительном анализе физико-химических и биогеохимических особенностей региональных почв в трех исторических и пяти современных географических районах виноградарства. Для комплексного исследования почв под виноградниками использован почвенно-генетический и биогеохимический подход, что позволило установить для районов виноградарства уникальные комбинации почвенных параметров, которые в комплексе с местными экологическими условиями формируют ключевые компоненты для применения концепции терруара на региональном уровне. При попарном сопоставлении валового состава постагрогенных почв из трех районов античного виноградарства (Северо-Западный, Юго-Западный и предгорный Крым) установлено, что наибольшие различия между ними отмечаются по содержанию таких макроэлементов в оксидной форме, как CaO, SiO2, Al2O3, MgO, MnO, K2O, Na2O, а также микроэлементов (Sr, Rb, As). Сравнение почв под виноградниками показало, что ведущая роль географического фактора установлена как при их классификации по агрофизическим показателям, так и при сравнении содержания 18 химических элементов. Благоприятным биогеохимическим потенциалом обладают почвы Юго-Западного и предгорного Крыма, для которых установлено превышение в 1.5–2 раза по сравнению с другими районами содержания ряда эссенциальных элементов (Сa, P, K). При сравнительном анализе геохимических особенностей почв пяти основных районов виноградарства диагностическими элементами на Южном берегу Крыма выступают Cr, Co и Ba. На почвах под современными виноградниками выявлено повышенное содержание Cu, Cr, Ni, Pb, V. При увеличении площадей крымских виноградников возрастает значение ампелопедологического подхода для диагностики агропроизводственных групп почв, способных обеспечить получение винодельческой продукции яркой индивидуальности и формирование системы внутрирегиональных терруаров.
Ключевые слова: Haplic Chernozems, Cambisols, терруар, биогеохимия почв, физико-химические свойства почв

 

Мелиорация почв

О.Е. Клименко, А.П. Евтушенко, Н.И. Клименко Изменение солевого состава почв при орошении солоноватыми водами в степном Крыму // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1557-1570. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100471

Оценено влияние солоноватых артезианских вод, используемых для орошения садов в Присивашье Крыма капельным способом, на солевой состав и состав обменных катионов двух почв, находящихся на разном расстоянии от оз. Сиваш. Наблюдения динамики минерализации и солевого состава оросительных вод на протяжении 3 лет (2019–2021 гг.) показывают, что воды являются нейтральными, слабо(средне)солоноватыми с минерализацией 1.5–3.4 г/л сульфатно-хлоридного натриевого кальциевого состава. Минерализация вод увеличивалась во времени и по мере приближения к оз. Сиваш. В водах наблюдается высокое содержание хлоридов (15–25 ммоль(экв)/л), сульфатов (6–31 ммоль(экв)/л) и Са2+ (14–26 ммоль(экв)/л). Локальное увлажнение почв способствовало локальному слабому сульфатно-хлоридному и хлоридному магниево-натриевому засолению, токсичному для плодовых культур. Изменение суммы солей в почве имело пульсирующий режим: показатель увеличивался осенью после поливного сезона и уменьшался весной за счет вымывания солей пресными атмосферными осадками в глубину профиля и в стороны от ряда. Слабосолоноватые воды с минерализацией 1.5–2.7 г/л и SAR 2–4 вызывали осолонцевание агрозема сегрегационного до 6–8% обменного Na+ от суммы катионов, максимально по линии ряда. Воды с минерализацией более 3 г/л и SAR 3–7 способствовали увеличению содержания обменного Na+ до 9–10% от суммы катионов в агроземе квазиглееватом слабосолонцеватом. В условиях прогрессирующего засоления поливных вод и почв необходимо продолжать мониторинг солевого состава и обменных процессов в орошаемых почвах.
Ключевые слова: солоноватые артезианские воды, капельное орошение садов, засоление почв, осолонцевание, пульсирующий солевой режим, Присивашье Крыма, Haplic Kastanozem, Luvic Kastanozem

 

Эрозия почв

Dede, İ. Demirağ Turan, O. Dengiz, S. Serin, and S. Pacci ''Effects of Periglacial Landforms on Soil Erosion Sensitivity Factors and Predicted by Artificial Intelligence Approach in Mount Cin, NE Turkey,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1857-1870 (2022). https://doi.org/10.1134/S106422932260138X

In this study, the differences in soil properties formed on various periglacial landforms located on slope land and high elevation so, this case create main problem against to soil erosion. The main aims of the study are to determine the physico-chemical properties and some soil erosion sensitivity parameters of the soils formed on the different periglacial landforms of Mount Cin and to predict those soil erosion sensitivity factor using artificial neural network (ANN). It was detected three different periglacial landforms on the Mount Cin. Stony earth circles spread over Cin Hill which is on the summit plain of Mount Cin, while nonsorted steps are located on the northern slopes of Cin Hill and Topkaya Hill. In addition, mud circle landforms spread to the south of Karaçakrak Hill. 25 soil samples were taken from the periglacial landforms in the study area. Afterwards, the physico-chemical properties of the samples were analysed in the laboratory. According to soil analysis from various periglacial landforms, the dominant soil texture is sandy loam: clay ranges from 5.61 to 16.79%, and sand from 48.61 to 76.72%. Also, the average soil erosion sensitivity factors, namely structure stability index (SSI), dispersion rate (DR), and crust formation (CF), were calculated at 29.65, 28.36, and 40.72%, respectively. Moreover, ANN is a model that can operate directly like the human brain. ANN uses the data of the current problem to make predictions. According to regression results of soil erosion sensitivity factors using ANN, the highest prediction rate was obtained for SSI (78%) and the lowest for DR (57%).

Keywords: periglacial processes, artificial neural network, soil erosion, lesser Caucasus

Деградация, восстановление и охрана почв

Л. А. Безбердая, Н. С. Касимов, О. В. Черницова, А. Н. Ткаченко, М. Ю. Лычагин Тяжелые металлы и металлоиды в почвах, дорожной пыли и их фракции PM10 в Севастополе: уровни, источники и опасность загрязнения // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1571-1592. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600913
Впервые в крупном промышленно-рекреационном г. Севастополь установлены уровни накопления, пространственное распределение и источники тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) в городских почвах, дорожной пыли и их частицах PM10 (диаметром <10 мкм) в различных функциональных зонах и на разных типах дорог. Анализ содержания ТММ проводили методами ICP-MS и ICP-AES. Основными загрязнителями городских почв и дорожной пыли являются Pb, Zn, Sb, Cd, Sn, Cu, Mo. Полученные результаты показали неравномерное пространственное распределение отдельных ТММ в пределах города из-за влияния терригенных и антропогенных факторов. В частицах РМ10 почв и пыли концентрации практически всех ТММ заметно больше общих содержаний, доля Zn, Bi, Cs составляет более 65% от общего содержания, а As, Pb, Sb, Cd, W, V, Ni, Co – около 50%. Наибольшую опасность представляют частицы PM10, формирующие большее количество аномалий с экстремальным уровнем загрязнения ТММ в промышленных зонах и внутридворовых проездах селитебных зон.
Ключевые слова: частицы PM10, загрязнение городских почв, гранулометрические фракции, обогащение, Urbic Technosols

 

М. Г. Опекунова, А. Ю. Опекунов, В. В. Сомов, С. Ю. Кукушкин, И.Ю. Арестова, С.А. Лисенков, А.Р. Никулина Природные и антропогенные факторы формирования химического состава почв о. Шикотан (Курильские острова) // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1592-1609. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100343

Изучен химический состав почв Haplic Andosols о. Шикотан (Малая Курильская гряда), сформировавшихся на вулканогенных породах разного состава и возраста. На основе масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с полным кислотным разложением проб установлено фоновое содержание металлов (Ba, Mn, Zn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd, Cr, Fe, V, Sс, K, Sr, Na, Ca, Mo) в почвах. Показано, что валовое содержание химических элементов отличается значительной контрастностью и зависит от состава почвообразующих пород, зонально-азональной ландшафтно-геохимической дифференциации, влияния океанических воздушных масс и состава растительных сообществ. Почвам свойственен высокий естественный уровень содержания фемафильных элементов Sc, V, Fe, Cu, Zn, превышающий кларки. Концентрация K, Cr, Ni, Sr и Ba меньше кларка, содержание Ca, Mo, Cd и Pb сопоставимо с кларковыми значениями. Ведущим фактором, определяющим миграцию и аккумуляцию химических элементов в почве, являются кислотно-щелочные условия, которые регулируются соотношением почвообразующих пород основного и среднего составов. В условиях гумидного климата и расчлененного рельефа механизмом латеральной миграции выступает не только солевой, но и механический сток металлов, приводящий к дифференциации в катене литофильных и сидерофильных элементов. Cr, Co, Ni закрепляются в гумусовых горизонтах подчиненных ландшафтов, Cd и Pb тяготеют к поверхностным горизонтам автономных фаций. При статистической обработке данных использованы корреляционный и кластерный анализы, метод главных компонент факторного анализа (Statistica 12.0). На основе статистического анализа получены и обоснованы результаты, свидетельствующие о локальном химическом загрязнении почв в пределах с. Крабозаводское и на отдельных участках острова, затронутых познавательным туризмом. Основным источником загрязнения служит автомобильный транспорт.
Ключевые слова: региональный геохимический фон, латеральная миграция, антропогенное загрязнение

 

Д. К. Гарбарук, А. В. Углянец, С. В. Шумак Запасы лесных подстилок и содержание 137Cs и 90Sr в черноольховых лесах зоны отчуждения Чернобыльской атомной электростанции // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1610-1620. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100318

В белорусском секторе зоны отчуждения Чернобыльской АЭС черноольховые леса произрастают на торфянистых оглеенных почвах низинного типа. В черноольшаниках снытевых, крапивных, папоротниковых и осоковых морфолого-генетические показатели лесных подстилок по типам леса варьируют в пределах 26–86%. Мощность лесных подстилок изменяется в среднем от 3.3 до 3.9 см и в целом по формации составляет 3.7 ± 0.1 см, запасы – 2.4–2.8 (2.7 ± 0.1 кг/м2), плотность сложения – 0.06–0.08 (0.07 ± 0.001 г/см3). Вероятно, незначимые различия средних показателей этих характеристик между типами леса – следствие засушливых явлений в период 1989–2020 гг., которые обеспечили выравнивание условий увлажнения почв и интенсивности разложения подстилок. Мозаичность выпадения радионуклидов обусловила широкое варьирование поверхностного загрязнения почв 137Cs (174–5617 кБк/м2) и 90Sr (17–348 кБк/м2). В черноольшаниках снытевом, папоротниковом и осоковом средние значения плотности загрязнения почвы 137Cs близки (1004–1314 кБк/м2), 90Sr – на порядок ниже (106–142 кБк/м2). В лесной подстилке этих типов леса средние величины удельной активности 137Cs не имеют существенных различий между собой (24.1–29.9 кБк/кг), а удельная активность 90Sr по мере увеличении почвенного увлажнения снижается от 4.8 до 2.7 кБк/кг. Запасы 137Cs и 90Sr в лесных подстилках широко изменяются по типам леса (18.4–85.6 и 3.4–13.5 кБк/м2) и коррелируют с запасами лесной подстилки и поверхностным загрязнением почв. В подстилке всех черноольшаников зоны отчуждения содержится 10.6 × 1012 Бк 137Cs и 1.4 × 1012 Бк 90Sr.
Ключевые слова: плотность сложения, радионуклиды, мозаичность выпадения, удельная активность

 

H. O. Shen, W. Hu, D. L. Wang, J. L. Wu, and Z. Y. Huang ''A Field Quantification of Soil Erosion Processes at Chinese Black Soil Hillslopes under Successive Overland Flow Scour Events in Summer and Spring Seasons,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1846-1855 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322601445

Soil erosion threatens soil resources, agricultural productivity, and environmental quality. However, soil erosion characteristics under successive overland flow scour events in typical seasons are still unclear. Five successive overland flow scour events with an interval of 24 h (l L min–1 m–2 overland flow rate lasted 60 min for each event) on natural runoff plots (20 m long and 5 m wide with 5° and 10° slopes) in summer and the following spring were conducted to reveal effects of the number of overland flow scour events, typical seasons and slope gradients on runoff and soil loss processes, total runoff, runoff ratios, total soil losses, and soil loss ratios. The results showed that forming stable drainage network needed four or even two overland flow scour events at the black soil (Phaeozems by WRB) hillslopes. The runoff rates versus run time rapidly increased, then stabilized at 35–65 L m–2 h–1. The first two overland flow scour events obviously controlled soil erosion processes. Total runoff firstly increased and then stabilized with an increase in the number of overland flow scour event, and the values in spring were 1.35 times at 5° and 1.45 times at 10° greater than those in summer. As the number of overland flow scour event increased, total soil losses firstly increased and then decreased in summer, but gradually decreased in spring. The total soil losses significantly increased 2.80 times at 5° and 2.53 times at 10° from summer to the following spring. Furthermore, runoff ratios were 1.00–1.70 and soil loss ratios were 0.11–2.43, which illustrated that more attention should be paid to the impacts of successive overland flow scour events or rainfall events but not just one event on soil erosion. Additionally, typical summer and spring seasons had greater effects on both runoff and soil losses than those for other factors influencing soil erosion in this study. Thus, seasonal soil erosion control and the 2–4 overland flow scour events were noteworthy at the black soil hillslopes.
Keywords: runoff, soil loss, slope gradient, overflow tank, natural runoff plot

 

A. Ataei, J. Baharlouei, and M. Ataabadi ''Removal of Lead (Pb) Using Microbial Biosurfactant from a Contaminated Soil,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1856-1864 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322601408

Using efficient and environmentally friendly techniques for the remediation of heavy metals contaminated soils plays a vital role in sustainable agriculture and public health. This study was conducted to assess the efficacy of biosurfactant-producing bacteria to remove Pb from a contaminated soil in the Agriculture Faculty of Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran, in 2019–2020 as a completely randomized design with three replications. The studied treatments were bacterial strain, biosurfactant, and control. Three native strains of bacteria (Bacillus pumilus, Alcanivorax dieselolei, Marinobacter hydrocarbonoclasticus) were used in this study. Considering the minimum inhibitory concentration (MIC) of Pb, Marinobacter hydrocarbonoclasticus was selected as the superior strain with respect to resistance to Pb. In order to evaluate the production capacity of biosurfactants in the superior strain, 4 tests (emulsification measurement, oil spreading, drop collapsing, and hemolytic activity) were used, which obviously approved the ability of this strain for biosurfactant production. Furthermore, the results of Pb detoxification by the treatments showed that the biosurfactant treatment had the greatest effect on the Pb removal from the soil compared to other treatments (27.37%), also there was no significant difference between the strain (i.e., Marinobacter hydrocarbonoclasticus) and control treatment. In general, it is concluded that using the abilities of soil bacteria and their metabolites, particularly in contaminated soils, will help researchers and stakeholders to improve soil and crop health and consequently public health, with low cost and high efficiency.
Keywords: soil contamination, toxic metals, biosurfactant, soil bacteria

 

Mengwei Li, Haidong Zhou, Xin Li, Lidan Pang, Ziming Zhao, and Zhiyong Liu ''Remediation of  Contaminated Soil with Compound Heavy Metals Using an Array-Electrode Electrokinetics Coupled with  Permeable Reactive Barrier System with Different Electrolytes,'' Eurasian Soil Science, 55 (12), 1939-1953 (2022). https://doi.org/10.1134/S1064229322601469

Remediation of the real soil contaminated with compound heavy metals including copper (Cu),

lead (Pb), and cadmium (Cd) was investigated using previously developed electrokinetics applying array electrodes (AEEK) coupled with a permeable reactive barrier (AEEK-PRB), focusing on the influence of electrolytes.  Effects of mono-electrolytes, potassium chloride (KCl), citric acid (CA), ascorbic acid, and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and their different composites on the AEEK-PRB remediation of the compound heavy metals contaminated soil was explored and compared using fly ash as the PRB material, and a voltage gradient of 2 V/cm. EDTA was the most effective mono-electrolyte with the removal of Cu, Pb and Cd up to 31.52, 46.74, and 40.56%, respectively, at 0.1 mol/L. Among the composite electrolytes, the combination of 0.1 mol/L CA and 0.01 mol/L EDTA could achieve the best removal of Cu, Pb and Cd reaching 43.40, 72.66 and 43.85%, respectively. During the remediation, exchangeable fraction (F1) and carbonate fraction (F2) of Cu was decreased in the sampling points with higher removal, and F1 of Pb and Cd decreased while their residual fraction (F5) increased. The non-uniform electric field of AEEK-PRB indicated the data of the removal represented their lower limits, and the results obtained were robust. EDTA 0.1 mol/L as monoelectrolyte and the composite electrolyte of 0.1 mol/L CA and 0.01 mol/L EDTA were preferable to be highly promising for the AEEK-PRB remediation of real soil contaminated with the compound heavy metals.

Keywords: voltage gradient, fly ash, heavy metal species, cadmium, lead

Скачать

                                                  

                                                      Почвоведение №10, 2022

Генезис и география почв

Ковда И. В. Общие признаки в мерзлотных и слитых почвах на макро- и микроуровне // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1201-1214. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100082

Центральные образы и основные ареалы слитых почв (Вертисолей) и мерзлотных почв (Криосолей) сильно различаются. Однако в последние годы Вертисоли были обнаружены в области распространения многолетнемерзлых пород, а в некоторых палеопочвах отмечены признаки как палеокриогенеза, так и вертиковые свойства. В связи с этим изучение общих признаков и различий на разных уровнях организации Криосолей и Вертисолей становится актуальным. Формирование диагностических признаков Вертисолей и Криосолей обусловлено физическими процессами. Несмотря на разные механизмы этих процессов (усадка и набухание глинистых минералов, образование и таяние льда), они приводят к формированию ряда морфологически сходных признаков как на макро-, так и на мезо- и микроуровнях: микрорельеф, мозаичность профиля, волнистые и прерывистые генетические горизонты, трещиноватость, типы структур, микропризнаки. Поведен анализ, обобщение и систематизация литературных и собственных данных по морфологии Вертисолей и Криосолей на разных уровнях их структурной организации.

Ключевые слова: Vertisols, Cryosols, микроструктуры почвенного покрова, морфология почв, микростроение почв

А. Н. Червань, А. Л. Киндеев, А. А. Сазонов Структура почвенного покрова, педо- и биоразнообразие Березинского биосферного заповедника // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1215-1227. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100021

Выполнена геосистемная типология структуры почвенного покрова Березинского биосферного заповедника и проведена количественная оценка показателей контрастности, сложности и неоднородности почвенных комбинаций. Приведена пространственная дифференциация расчетных и агрегированных значений коэффициента неоднородности структуры почвенного покрова. Дана типологическая характеристика природных условий территории заповедника по идентифицированным закономерно организованным геосистемам: фрагментарным, выпуклым и плоским водоразделам; долинообразным и озеровидным депрессиям; расчлененным прирусловым, центральным и притеррасным поймам. Отмечена неоднородность и локальная выраженность геосистем переходных зон, умеренная неоднородность и количество депрессий неглубоких и пойм центральных и притеррасных, умеренная неоднородность и доминирование водоразделов выпуклых и депрессий глубоких. В геоинформационной базе данных с соблюдением топологических правил выполнена геостатистическая обработка картометрических показателей структуры почвенного покрова и 10 индексов разнообразия почв и растительности, а также расчет парной корреляции при оценке педо- и биоразнообразия территории заповедника. Показано, что наиболее статистически оправданными являются индексы Шеннона, нормированный Шеннона, Джини–Симпсона и латеральной дифференциации. Подтверждением достоверности корреляции педо- и биоразнообразия являются приведенные расчеты значений индексов по группам идентифицированных геосистем. Выполнен регрессионный анализ наиболее коррелируемых индексов с расчетом функциональных зависимостей. Приведено пространственное распределение результатов оценки педо- и биоразнообразия с учетом коэффициентов детерминации между ними, что может служить основой функционального зонирования и территориального планирования допустимой антропогенной нагрузки при управлении особо охраняемыми природными территориями.

Ключевые слова: геосистема, неоднородность и контрастность почвенных комбинаций, индексы

разнообразия почв и растительности, геостатистика

Химия почв

Д. А. Соколов, И. С. Иванов, С. В. Морозов, Т. Г. Пчельникова, Е. А. Солдатова Полициклические  ароматические углеводороды в торфяных олиготрофных почвах северных территорий Западной Сибири // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1228-1240. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100148

Методом газовой хроматографии оценено содержание и состав 19 приоритетных полициклических

ароматических углеводородов (полиаренов, ПАУ) в хлороформных экстрактах из торфяных олиготрофных почв (Cryic Histosols) северных территорий Западной Сибири. Установлено, что содержание полиаренов в исследуемых почвах варьирует в пределах от 33 до 148 нг/г. В составе ПАУ 70–75%

приходится на низкомолекулярные (3-ядерные) полиароматические углеводороды. Суммарная доля высокомолекулярных ПАУ не превышает 25%. Они представлены преимущественно 4-ядерными соединениями, концентрация которых уменьшается в ряду флуорантен > пирен > хризен. Использование кластерного анализа (индекс Евклида, метод парных групп) позволило выявить связь

состава ПАУ с остаточной эутрофностью и проявлением признаков деградации почв. Результаты

анализа главных компонент показывают, что наиболее тесную положительную связь с первой компонентой имеют фенантрен, пирен, в меньшей степени, флуорантен и антрацен. Вторая компонента надежно коррелирует с содержанием флуорантеном, флуореном и нафталином. Отмечено, что

деградация олиготрофно-торфяных горизонтов почв, сопровождающаяся появлением перегнойного материала, выражается в снижении доли флуорантена и увеличении концентрации нафталина.

В олиготрофно-торфяных горизонтах, имеющих признаки остаточной эутрофности, наряду с

уменьшением содержания фенантрена и флуорантена, отмечается увеличение доли флуорена и

нафталина. Установленные по результатам анализа главных компонент диагностические соотношения (Ant/(Ant + Phe) и Flt/Pyr) показали, что ПАУ во всех исследуемых торфяных почвах имеют

природное (петрогенное) происхождение.

Ключевые слова: торф, почвы арктической зоны Российской Федерации, источники ПАУ, бугристые торфяники, Cryic Histosols

Н. Н. Данченко, З. С. Артемьева, Ю. Г. Колягин, Б. М. Когут Сравнительный анализ гумусовых веществ и органического вещества физических фракций чернозема типичного // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1241-1254. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100033

Цель работы – оценить взаимосвязь распределения органического вещества почв между химическими фракциями, выделенными традиционной щелочной экстракцией, с его распределением по физическим фракциям. Подход заключался в сравнении структурных особенностей (на основе данных твердофазной 13С ЯМР-спектроскопии) и вклада в общий органический углерод почвы обоих видов фракций. Объект исследования – типичный чернозем контрастного землепользования: целина и длительный чистый пар. Изучаемые химические фракции включали: гуминовые кислоты, гумин, а также составную фракцию, объединившую фульвокислоты, органическое вещество декальцината и фракцию коллоидов, осаждаемых из щелочного экстракта. Физические фракции получали гранулоденсиметрическим методом, они включали легкую фракцию, окклюдированную внутри агрегатов, илистую фракцию и остаток после отделения легких фракций и ила. Результаты для целинной почвы показали близость структуры органического вещества и вкладов в органический углерод почвы в следующих парах фракций: гуминовые кислоты – легкая окклюдированная фракция; гумин – остаток после физического фракционирования; составная фракция – ил. Для почвы под паром структура органического вещества практически идентична для указанных пар фракций, но их вклады в общий углерод почвы заметно отличаются. Показано, что в необрабатываемом черноземе химические фракции приурочены к определенным физическим фракциям, тогда как в деградированной почве это распределение нарушено. Сравнение массы углерода во фракциях двух вариантов чернозема показало, что все фракции теряют углерод при деградации почвы, но наибольшие потери среди химических фракций наблюдаются для гумина (61%), среди физических – для окклюдированной легкой фракции (66%).

Ключевые слова: гуминовые кислоты, гумин, гранулоденсиметрические фракции, 13С ЯМР-спектроскопия, контрастные виды землепользования

10. Jiang, L. Q. Xiao, X. Wan, T. Yu, Y. F. Liu, and M.X. Liu ''Research Progress on Microbial Carbon Sequestration in Soil: a Review,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322100064

Globally, the soil is the largest active terrestrial carbon pool in the biosphere, composed of organic and inorganic carbon. The role of plants in carbon sequestration has been widely studied, but knowledge concerning the potential of soil microorganisms for carbon sequestration remains poor. This article reviews the composition of the carbon-fixing microbes community in the soil, the process of soil microbes carbon fixation, and the factors affecting the rate of carbon fixation. The key scientific problems to be solved urgently are also proposed. It hopes to provide new ideas and methods for comprehensively understanding the carbon sequestration process and mechanism of soil microorganisms, improving the efficiency of soil carbon sequestration, and solving environmental problems caused by climate change and human activities.

Keywords: soil, carbon fixating microorganisms, CO2 fixing pathways, carbon cycle, carbon fixation potential

Zhimin Zhao, Fengxia Shi ''Influence of Temperature and Moisture on Autotrophic and Heterotrophic Respiration in a Semi-Arid Highland Elm Sparse Forest,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322100180

Little is known about the response of soil respiration components to environmental changes, especially in high-altitude forest ecosystems. To examine the different effects of temperature and moisture on separate soil respiration components, namely autotropic (Ra) and heterotrophic (Rh) respirations, the gap formation method was adopted in a semi-arid highland elm (Ulmus pumila L.) sparse forest, Northwestern China. In 2021, a 9.33 m transect between two elm trees was built, forming a gap of elm sparse forest on the plateau. Soil respiration was measured along the transect between two elm trees. The results showed that the soil respiration under the canopy decreased with increasing distance from the base of the elm, and that the root had no effect on the soil respiration outside the canopy. Here we demonstrated that the mean value of Ra contribution to the total respiration (Rt) is 63%. Results of this study also showed that the temperature sensitivity of Rh (Q10 = 4.29) was much higher than that of Ra (Q10 = 1.40), and that soil moisture (SM) explained the variation of Ra (64.4%) better than that of Rh (49.9%). Our results suggested that the key driver of Rh was soil temperature (ST), and that of Ra was SM in the semi-arid highland elm sparse forest in Northwest China. The gap formation method is helpful to better understand the different responses of Ra and Rh to the variation of ST and SM in elm sparse forest in the semi-arid highland of Northwest China. We highlight that the different responses of Rh and Ra to the same environmental factors should be considered when predicting the future soil carbon cycle.

Keywords: gap formation, soil carbon, transect, Q10, semi-arid lands

Физика почв

А.В. Иванов, М.А. Сало, В.Ю. Толстикова, С.В. Брянин, Д.Г. Замолодчиков Влияние ветровала на эмиссию диоксида углерода и запасы тонких корней в почвах центрального Сихотэ-Алиня // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1255-1264. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100057

Рассмотрено влияние масштабного ветровала в результате тайфуна Лайонрок (2016), ставшего причиной полного разрушения лесных насаждений на площади 36 тыс. га в границах Сихотэ-Алинского заповедника, на эмиссию углерода с поверхности почв и запасы тонких корней. Пробные площади на ветровале и контроле заложены в кедровнике и березняке. Эмиссия с поверхности почвы на ветровальной площади в березняке 5.52 ± 1.12 т С/(га год) оказалась на 25% меньше по сравнению с контролем в связи с ослаблением дыхания корней. Поток углерода из почвы на ветровальной площади в кедровнике составил 8.02 ± 1.50 т С/(га год) и, напротив, оказался больше, чем на контрольном участке на 29%. Это можно объяснить интенсивным разложением тонких коней на ветровале в кедровнике в период измерений, в то время как корни берез преимущественно разложились до начала измерений. Запас тонких корней после ветровала уменьшился в кедровниках на 20%, в березняках на 37%; при этом запас мертвых корней на ветровальном участке кедровника был на 58% больше по сравнению с контролем, а в березняке на 28% меньше по сравнению с контролем. Определено, что ветровал значимо повышает влажность почвы (p < 0.001). Построены температурные зависимости эмиссии СО2 из почвы. Темпы изменения запасов тонких корней после нарушения определяют изменения общей почвенной эмиссии. Вследствие ветровала территория Тернейского лесничества стала еще более мощным источником углерода.

Ключевые слова: поток углерода, бурые лесные почвы, разрушение лесных насаждений

Курочкина Г. Н. Изучение пористости почв и почвенных минералов, адсорбционно- модифицированных гуминовой кислотой, методом ртутной порометрии // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1265-1276. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100094

На основании прямых адсорбционных исследований изучены особенности образования адсорбционных слоев гуминовой кислоты на поверхности почв и составляющих ее минералов, оказывающих модифицирующее действие на формирование дисперсных характеристик. В экспериментах по определению пористости и распределению пор по размерам использован универсальный метод ртутной порометрии высокого давления, позволяющий определять поровые характеристики минералов и почв во всем диапазоне размеров. Показано, что адсорбционная модификация поверхности каолинитовой, монтмориллонитовой, палыгорскитовой глин, кварцевого песка, серой лесной почвы (Eutric Retisol (Loamic, Cutanic)), чернозема (Luvic Chernozem (Pachic) гуминовой кислотой незначительно влияет на общую пористость и суммарный удельный объем пор и сильней на дифференциальные величины объема пор и распределение пор по размерам в широком интервале размеров (крипто-, ультрамикро-, мезо- и макропоры). При этом для почв отмечается меньшее воздействие адсорбированной ГК на их пористые характеристики. Полученные результаты важны как для выяснения механизма формирования почвенного поглощающего комплекса, так и для направленного регулирования структурных и водно-физических характеристик почв, что является важнейшим фактором плодородия.

Ключевые слова: глинистый минерал, серая лесная почва (Eutric Retisol (Loamic, Cutanic)), чернозем (Luvic Chernozems (Pachic), адсорбция, объем пор

Биология почв

10. Nurzhan C., H. Tian, B. Nuralykyzy, W. He ''Soil Enzyme Activities and Enzyme Activity Indices in Long-Term Arsenic-Contaminated Soils,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S106422932210012X

Soil pollution by arsenic (As) has become one of the greatest environmental problems. Heavy metal pollution can lead to a decrease in soil quality and functional degradation, resulting in a decrease in soil enzyme activities. Soil enzyme activity has been proposed as an appropriate indicator for assessing metal pollution since it is sensitive to microbial changes induced by heavy metal stress and is strongly linked to soil nutrient cycling. Therefore, early detection and evaluation systems monitoring soil pollution are significantly critical. Hence, in long-term As-polluted soils the activity of four soil enzymes, such as dehydrogenase (DHA), fluorescein diacetate (FDA), acid phosphatase (AcP) and urease (URE) was investigated. Functional diversity indexes of soil enzymes were evaluated by geometric mean (GM), weighted mean (WM) and total enzyme index (TEI). Results showed that GM, WM and TEI were better correlated with soil characteristics than single enzyme activities. Only in Hunan Shimen soils, total As content shows a significant negative correlation with all soil enzyme activities and functional diversities. Results of RDA analysis showed that AN, clay and SOM contents were the dominant soil factors affecting soil enzymes and functional diversities in the Yunnan soils. In contrast, TN, total As, AN and AP were dominant factors in the Hunan Shimen soils. The ecological dose (ED10, ED50) values varied widely. URE and DHA are indicated as the most sensitive soil enzymes for As pollution. Except for GM, two functional diversities’ (TEI and WM), ED10 and ED50 values showed higher results than single soil enzyme. The results demonstrate that soil properties strongly influence soil enzyme activities in both soils. In contrast, soils with high SOM content can reduce the effect of As on them by covering them from the inhibition effect. URE and DHA soil enzymes illustrated the lowest ED values. Consequently, they can be used as bioindicators in As-contaminated soils.

Keywords: arsenic pollution, ecological dose, functional diversity index

Л. Н. Пуртова, Я. О. Тимофеева Изучение некоторых свойств и активности каталазы агротемногумусовых подбелов при различных видах агротехнического воздействия // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1277-1289. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100136

Изучено влияние различных видов агротехнического воздействия на внутрипрофильное изменение свойств и активности каталазы агротемногумусовых подбелов с выраженным процессом образования ортштейнов. Наиболее близкими по свойствам и морфологии к почвам природных ландшафтов были почвы залежи, которые характеризовались слабокислой реакцией среды, наибольшими значениями активности каталазы и содержания гумуса в верхней части профиля. В почвах фитомелиоративного варианта опыта поступление легкоразлагаемых растительных остатков в совокупности с менее кислой реакцией среды способствовало активизации активности каталазы. Высокий уровень проявления активности каталазы установлен в горизонтах с максимальным содержанием ортштейнов. Почвы варианта опыта с длительным внесением органических удобрений характеризовались увеличением запасов гумуса в метровом слое и наименьшим обогащением каталазой. Внесение минеральных удобрений сопровождалось уменьшением содержания гумуса, однако резкого изменения активности каталазы не вызвало. Предложен расчет коэффициента запасов каталазы, более объективно отражающий уровень активности каталазы исследованных почв.

Ключевые слова: гумус, удобрения, мелиорация, внутрипрофильное изменение свойств, железо-марганцевые ортштейны

Can Wu, Xiangshi Kong, Bingxing He, Fuqiang Song, Yonghui Lin, Yanyan Jia, A.V. Kurakov, Zaihua He ''The Biotic and Abiotic Factors of Regulation of Arbuscular Mycorrhizal Fungi Activity in Litter Decomposition: Review,'' Eurasian Soil Science, (), - (). https://doi.org/10.1134/S1064229322100155

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play an important role on litter decomposition, which is the keyways for nutrients returning to natural ecosystems. Although having no known saprotrophic abilities like ectomycorizal and ericoid fungi, AMF can affect litter decomposition by releasing low molecular compounds such as sugar, amino acids and organic acids through extraradical mycorrhizal hyphae, or deposit dead hypha fragments as nutrient (e.g., carbon) input and to stimulate microbial decomposers, i.e., priming effect. Besides, interactions of AMF with saprotrophic microorganisms through ways such as niche competition, synergistic cooperation, specific microorganisms recruitment and by soil nutrient removal that can influence litter decomposition. Under different microenvironments, AMF display various nutrient acquisition strategies, which also affects this process. The magnitude and direction of AMF effects on litter decomposition depend on plant communities, litter quality, soil and litter nutrient dynamics, soil physical and chemical properties (mainly, physical structure, temperature, humidity, pH and nutrient content). The exacerbation of global changes (drought, chemical fertilization and soil acidification) is exerting pervasive impacts on ecosystem processes and functions mediated by AMF. In this review, we explore the current state of knowledge about the impacts of AMF on litter decomposition from microenvironment perspective. The summary of the potential influence of various microsite abiotic and biotic factors on this process in order to provide theoretical reference for comprehensive analysis of ecosystem functions of AMF is made.

Keywords: soil microorganisms, soil physical and chemical properties, litter quality, saprotrophs

А. В. Князева, Л. В. Лысак, Н. А. Манучарова, Е. В. Лапыгина, А. В. Александрова Численность и таксономическое разнообразие прокариот аллювиальной бурой почвы и сопряженных субстратов (Вьетнам, заповедник Пу Хоат) // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1290-1300. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100070

Дана количественная и качественная характеристика почвенного прокариотного сообщества аллювиальной бурой почвы, опада и “подвешенной почвы” в корзинках эпифитов. Численность бактерий, измеренная прямым люминесцентным методом, варьировала от 1.1 до 2.6 млрд. кл./г почвы и была максимальной в “подвешенной почве”, меньшими значениями характеризировались опад и горизонты А и АВ аллювиальной бурой почвы. В прокариотном сообществе преобладали филумы Proteobacteria, Actinobacteria и Acidobacteria, значительно меньше были представлены филумы Chloroflexi, Firmicutes и Verrucomicrobia, минимально – Nitrospirae, Planctomycetes и Gemmatimonadetes. Представители домена Archaea обнаружены в горизонте А и в “подвешенной почве”. Их содержание было значительно меньше, чем домена Bacteria, и не превышало 1%. В почве горизонта А археи представлены филумами Тhaumarchaeota, Euryarchaeota, в “подвешенной почве” – Thaumarchaeota, Woesearchaeota. На основании рассчитанных экологических показателей (α- и β-разнообразие, меры сходства по метрикам Брея–Кертиса и weighted UniFrac) выявлено, что микробиом “подвешенной почвы” ближе к таковому горизонта А бурой аллювиальной луговой почвы, а не растительному опаду. Метаболически активная часть прокариотного сообщества, представленная филумами Proteobacteria, Actinobacteria и Acidobacteria, была наибольшей в “подвешенной почве”, меньшей – в опаде и горизонте А бурой аллювиальной почвы, что соотносилось с высокой численностью этих филумов и значительным таксономическим разнообразием бактерий в этом локусе. Функциональные гены (nifH и alkB) детектированы во всех исследованных субстратах. Численность копий функциональных генов была наибольшей в образце “подвешенной почвы”, что делает этот локус перспективным для выделения штаммов с высоким биотехнологическим потенциалом.

Ключевые слова: численность бактерий, ДНК-метабаркодинг, FISH, численность копий nifH и alcB генов, Fluvisol

10. Luo, X. J. Zhang, H. G. Zhang, D. Liu, H. X. Wang, and J.F. Song ''Graphene Oxide Influences on Bacterial Community Diversity of Larix olgensis Rhizosphere of Haplic Cambisols in Northeast China,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322100106

The rapidly increasing application and production of graphene oxide (GO) may lead to its environmental release at high levels. Haplic Cambisols with Larix olgensis seedlings were treated with different concentrations of GO (0, 25, 50, 150, 250, and 500 mg L-1, expressed as CK, T1, T2, T3, T4, and T5, respectively) for 50 days. Then, we investigated the influence of GO concentrations on the bacterial community of rhizospheric soil by High-throughput sequencing technology. Adding GO significantly increased bacterial community richness, with a trend of increasing initially, decreasing and then increasing with increasing GO concentration. The diversity indices differed by treatments, but the pattern of change was not obvious. Except for a few unidentified bacteria, the relative abundances of Acidobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, Nitrospirae, Proteobacteria and Verrucomicrobia were the highest, and different concentrations of GO changed the relative abundance of the main bacterial populations. The rank order of bacterial similarity was T5 = T1 > T2 = T4 > T3 > CK. Different GO treatments usually significantly enhanced the metabolic function of bacteria. This empirical study is the first to provide experimental evidence revealing the interrelations between GO contamination and changes of bacterial community diversity of Larix olgensis rhizospheric Haplic Cambisols in Northeast China.

Keywords: bacterial metabolic function, High-throughput sequencing, Acidobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, Nitrospirae

Мелиорация почв

Любимова И. Н. Возможные изменения почв сухостепной зоны в связи с глобальным изменением климата // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1301-1309. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100112

Проанализировано изменение строения и свойств целинных и мелиорированных светло-каштановых почв (Eutric Cambisol (Loamic, Protocalcic, Ochric)) и солонцов (Protosalic Solonetz (Loamic, Columnic, Cutanic, Differentic, Ochric)) через 24 года после закладки опыта (Городищенский район, Волгоградская область). Показано, что динамика современных погодных условий влияет на содержание и распределение в целинных почвах легкорастворимых солей и обменного натрия и приводит к изменению классификационного положения почв на видовом и родовом уровнях. В результате мелиоративных воздействий изменяется строение почвенного профиля. Солонцы теряют типообразующий солонцовый горизонт, в светло-каштановых почвах светлогумусовый горизонт AJ преобразуется в агрогумусовый горизонт Р. Приведена схема профильного строения агрогенно-измененных светло-каштановых почв и солонцов опытного участка. Выявлено, что при разрушении солонцового профиля при мелиоративных воздействиях при имеющихся климатических параметрах в почвах не происходит его восстановления, но развивается процесс окарбоначивания почв. Приведены возможные сценарии развития почв с учетом глобального изменения климата и возможного перераспределения количества выпадающих осадков по сезонам.

Ключевые слова: почвы солонцовых комплексов, прогноз изменения почв, солонцы, окарбоначивание почв, мелиорация солонцов

Эрозия почв

Zheng Zhang, Qiang Li, Weijie Yu, Hui Sun ''Soil Erosion Resistance-enlarging Potential by Plant Roots as Determined in a Simulated Flume Experiment,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322100179

It has been suggested in previous studies that plant roots enlarged soil resistance to concentrated flow erosion mainly through physical (root net-link and root-soil bonding) and biochemical effects. The objective of this study is to further assess soil resistance-enlarging potential of this twofold effect of roots, especially for different textured soils. Two textured soils (silt loam and silt clay) and four kinds of soil samples (1. bared parent soils, representing samples with no root effect, 2. bared tillage soils, representing samples with biochemical effect alone, 3. root-texture cotton thread-permeated soils, representing samples with root net-link effect alone and 4. Purple alfalfa root-permeated soils, representing samples with root total effect.) were prepared and tested in flume experiments. The results showed that soil resistance to concentrated flow increased and sediment yields decreased in different degrees due to different root effects. Root physical effect increased soil resistance to a larger extent compared with root biochemical effect (the relative contribution values of root physical effect were 85% and 89% in silt loam and silt clay soil, respectively). In root physical effect, root soil bonding appeared to act as the main form, particularly in silt clay.

Keywords: root physical effect, root biochemical effect, concentrated flow, soil texture

Деградация, восстановление и охрана почв

Н.А. Юдина, И. Н. Семенков, А. В. Шарапова, С.А. Леднев, Т.В. Королева Пространственная дифференциация свойств поверхностного слоя почв, формирующихся на шахтных отвалах в Подмосковном угольном бассейне // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1310-1320. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100161

Охарактеризованы свойства почв в районе добычи высокосернистых бурых углей (север Среднерусской возвышенности, Тульская область), прекращенной в конце XX в. Рассмотрены три ключевых участка, вмещающих по одному техногенному объекту: конический нерекультивированный отвал, спланированный отвал и рекультивированный отвал. Для поверхностного слоя почв этих участков (0–10 см) составлена серия карт распределения температуры, рН, удельной электропроводности водной вытяжки, содержания гранулометрических фракций, почвенного органического углерода (Сорг) и химических элементов (Al, Ca, Fe, Mg, Mn и S). На коническом отвале преобладают среднесуглинистые токсилитостраты (Spolic Technosols), темный поверхностный слой которых характеризуется сильнокислой реакцией (рН 3.2 ± 0.5) и повышенной относительно фоновых почв удельной электропроводностью (1.72 ± 0.07 дСм/м). На участках, сложенных прогоревшим материалом, распространены осветленные и менее прогретые (на 1°С) литостраты (Technosols), обладающие меньшей кислотностью (на 0.7 ед. рН, p = 0.022) и меньшим содержанием электролитов (в 2.4 раза, p = 0.022). Тяжелосуглинистые почвы спланированного отвала представлены (токси)литостратами и пелоземами гумусовыми (Regosols). На уровне тенденции можно отметить, что задернованные почвы содержат больше физической глины (p < 0.05), имеют повышенные значения рН и содержания Al, Fe, Mn и S, а также Ca (p < 0.001) и пониженную удельную электропроводность относительно незадернованных почв при незначимых отличиях по содержанию Сорг. Тяжелосуглинистые реплантоземы (Anthrosols) фитомелиорированного отвала имеют нейтральную реакцию среды за счет использования материала природных почв и слабо дифференцированы по обследованным показателям за исключением повышенного содержания S и пониженного – Ca в почвах склонов (p < 0.01), что, вероятно, вызвано влиянием сернокислых стоков.

Ключевые слова: загрязнение почв, угледобыча, кислые фильтрационные воды, чернозем (Chernozems), техногенные поверхностные образования (Technosols), ГИС-анализ, токсистратоземы (Regosols over Phaeozems), темноцветные почвы, объекты накопленного вреда, карбоновые полигоны

В. Н. Голосов, А. П. Жидкин, А. И. Петелько, М. С. Осипова, Н. Н. Иванова, М. М. Иванов Полевая верификация эрозионных моделей на основе исследований малого водосбора в бассейне р. Воробжи (Курская область) // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1321-1338. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100045

По результатам полевых оценок темпов смыва и аккумуляции на распаханном балочном водосборе Спокоевка, расположенном в бассейне р. Воробжи (Среднерусская возвышенность, лесостепная зона) проведена верификация расчетов перераспределения наносов, выполненных на основе совместного использования модели WATEM/SEDEM для расчетов ливневого смыва и модифицированной модели ГГИ – для талого смыва. Данные о слое смыва/намыва почвы (преимущественно чернозема) на распаханных склонах и в днище (стратоземы) балки за весь период земледельческого использования водосбора получены при помощи почвенно-морфологического метода. Скорость осадконакопления в днище балки за период после 1986 г. определялась по вертикальному распределению в отложениях изотопа 137Cs чернобыльского происхождения. Сопоставление результатов моделирования с полевыми оценками потерь почвы на пашне и объемами отложений в днище балки показало их хорошую сходимость. Установлено, что, помимо точности среднемноголетних оценок потерь почвы, модель удовлетворительно отражает пространственное расположение зон с разной интенсивностью смыва, а также учитывает перемещение почвенного вещества при механической эрозии. Некоторые расхождения результатов моделирования и полевых данных преимущественно обусловлены недостаточной детальностью входных параметров, например данных о севооборотах или особенностях микрорельефа территории. Выявлена недостаточная точность оценок по модели WATEM/SEDEM темпов и объемов аккумуляции наносов, особенно за пределами пашни.

Ключевые слова: водная эрозия почв, механическая эрозия, WATEM/SEDEM, аккумуляция, нанос, чернозем, стратозем

Скачать