Почвоведение № 6, 2023

 

Генезис и география почв

В.Н. Пинской, И.А. Идрисов, Н.Н. Каширская , М.В. Ельцов, А.В. Борисов Почвы земледельческих террас на глинистых сланцах в среднегорье Восточного Кавказа // Почвоведение.  2023. № 6. С. 991-702. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601335

Рассмотрены химические свойства и биологическая активность почв земледельческих террас на глинистых сланцах в среднегорной зоне Восточного Кавказа. Установлено, что площадь террасированных участков в южной зоне сланцевого Дагестана составляет около 264 км2 территории. Эти почвы в настоящее время находятся в залежном состоянии, но представляют собой значительный резерв высокоплодородных устойчивых к эрозии почв. Изучено влияние экспозиции склона, крутизны, размеров террасы, длительности периода распашки на химические свойства и биологическую активность почв. Показано, что для фоновых почв за пределами зоны террасирования определяющее влияние оказывает экспозиция склона. Для террасированных участков влияние экспозиции менее выражено. Формирование стенки террасы привело к изменению теплового режима, в результате различия химических и микробиологических свойств почв на склонах северной и южной экспозиции стали менее выраженными. Нивелирующий эффект террасирования наиболее заметен на относительно менее крутых склонах (12°–18°), где ширина террасного полотна наибольшая. На крутых склонах (>20°) с узкими террасами влияние экспозиции склона на почвенные свойства сохраняется. В то же время такие факторы, как длительность функционирования почв и особенности землепользования, оказывают не менее значительное влияние на свойства почв. Установлены закономерности изменения почвенных свойств в пределах тела любой отдельно взятой террасы. Наиболее плодородной зоной в пределах одной террасы является прибровочная часть, где мощность профиля наибольшая. По мере приближения к тыловому шву террасы наблюдается закономерное уменьшение величин биологических и химических показателей.

Ключевые слова: земледелие, горная зона Дагестана, экспозиция склона, химические и биологические свойства почв

Химия почв

З. С. Артемьева, Н. Н. Данченко, Ю. Г. Колягин, Е.Б. Варламов, Е.С. Засухина, Е.В. Цомаева, Б. М. Когут Химическая структура органического вещества агрочерноземов разных позиций на склоне // Почвоведение. 2023. № 6. С. 703-714. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601517

Методом твердотельной 13C-ЯМР-спектроскопии изучена химическая структура пулов органического вещества (ОВ) пахотных горизонтов полнопрофильного, эродированного и намытого агрочерноземов. Выявлено, что в эрозионной зоне имеют место два конкурирующих процесса, протекающих одновременно: разложение ОВ обнажившегося в результате эрозии ранее нижележащего горизонта и стабилизация вновь поступившего с растительными остатками культурных растений свежего ОВ (динамическое замещение ОВ). Аналитические данные позволяют утверждать, что процессы динамического замещения ОВ в эрозионной зоне эффективно компенсируют процессы разложения ОВ, о чем свидетельствуют максимально высокие величины отношения C/N всех исследованных пулов ОВ эродированного агрочернозема, наряду с отсутствием значимых различий в интегральных показателях их химической структуры. Постоянный вынос верхнего слоя почвы из эродированного агрочернозема с каждым эрозионным событием не позволяет полностью компенсировать потерю количества ОВ в нем. Во время транспортировки эродированного материала в аккумулятивную зону наиболее лабильная часть ОВ может быть минерализована. Соответственно, вновь поступающее в аккумулятивную зону ОВ более трансформировано по сравнению с таковым эродированного агрочернозема. Намытый агрочернозем характеризуется повышенным уровнем накопления органического углерода в почве в целом и во всех исследованных пулах ОВ. Следовательно, постоянное поступление ОВ с эродированной позиции склона с последующим его захоронением после каждого следующего эрозионного события, а также переупаковка/агрегирование вновь отложенного ОВ эффективно способствуют депонированию органического углерода в аккумулятивной зоне.

Ключевые слова: эрозия, стабилизация углерода, гранулоденсиметрическое фракционирование

 

S. Kavaklıgil and S. Erşahinb ''Spatial Variability of Some Soil Physical Properties on Semi-Arid Cultivated Hillslopes in Hydropedological Perspective,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229323700151

Hydropedology bridges hydrology to pedology, and hillslope hydropedology is central in understanding soil-topography-hydropedology interrelations. Many of soil physical properties have a deterministic control on hydropedological processes. This study aimed to evaluate spatial coupling between hydropedology and some soil physical variables on a sloping landscape, which has been under rainfed wheat cultivation for over 70 years. Twenty-nine soil profiles were open and described on topslope, shoulder, backslope, footslope, and toeslope positions on hillslopes oriented in different directions. In total, 486 soil samples were taken from A, B, and C horizons at 174 sampling points and analyzed for soil properties of wilting point, organic matter content, electrical conductivity, pH, and CaCO3 content. Saturated hydraulic conductivity (Ks) and infiltration rate were measured in the field during the sampling. Spatial variability of soil physical properties was analyzed by semivariograms. Soil horizonation was the most important factor controlling spatial structure of soil attributes in the study area. Majority of the semivariograms were horizon-specific in shape, geostatistical range, and spatial continuity. Many of the soil properties were strongly spatially dependent in the B horizon with a far greater geostatistical range compared to those in the A and the C horizon, suggesting that processes controlling the coupling hydropedology with soil physics were more strongly spatially dependent and continues in the B horizon than either in the A or the C horizon. The results indicated complex soil physicshydropedology spatial coupling, which vigorously mediated by soil horizonation in the study area. More research is needed to disentangle the multitude spatial interplay of hydropedology drivers of soil, hydrology, and topography across different soil and topographic settings.

Keywords: geostatistics, pedology, slope aspect, slope position, soil horizonation, soil hydraulics

 

Xiaolin Jia, Modian Xie, Bifeng Hu, Yin Zhou, Hongyi Li, Wanru Zhao, Wanming Deng, and Zhou Shi ''Prediction of Soil Organic Carbon Contents in Tibet Using a Visible Near-Infrared Spectral Library,'' Eurasian Soil Science,  https://doi.org/10.1134/S1064229322601214

Accurate soil organic carbon (SOC) data are very important for management of agricultural production and climate change mitigation. Visible near-infrared diffuse reflectance spectroscopy is an inexpensive, non-destructive, efficient, and reliable technique for monitoring soil properties. Soil spectral libraries can contain large sets of diverse soil data for empirical calibration. In this study, we focused on improving the prediction accuracy of the SOC content at the local field scale in Tibet using field-wet, intact spectra and different spectral libraries. The direct standardization algorithm and piecewise direct standardization algorithm were used to remove the influence of environmental factors from the in-situ vis-NIR spectra. These algorithms effectively removed the influence of environment factors from the field-wet, intact spectra. The ratio of performance to deviation values for prediction of the SOC content using the field and laboratory spectra with the local spectral library were 1.57 and 1.98, respectively. The local spectral library models outperformed spiked national spectral library models and had higher ratio of performance to deviation values for shrub meadows, forests, and the total dataset.

Keywords: brown soil, soil organic carbon, direct standardization, piecewise direct standardization, visible near-infrared spectral library

 

Gökmen, V. Uygur, and E. Sukuşu ''Extreme Gradient Boosting Regression Modelfor Soil Available Boron,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229322602128

Soil formation processes and agricultural practices determine the amount of plant-available boron (B) concentration in soils. In this study, the relationships between soil characteristics and plant-available B concentrations of 54 soil samples collected from Gelendost and Eğirdir districts of Isparta province were investigated using the Spearman correlation and eXtreme gradient boosting regression (XGBoost) model. Plant-available B concentration was significantly correlated with the soils' phosphorus, potassium, copper, and electrical conductivity. The XGBoost model explained 63% of the variation in five components defining soil behavior, and one of these components showed the variance resulting from the plant-available B. The effects of explanatory variables on B concentration determined in the XGBoost model were the parameters that were also significant in the correlation analysis. The results indicated that the model could successfully estimate B availability from the routinely analyzed soil properties.

Keywords: mannitol extractable boron, chemometric relations, modeling, calcareous parent material, R statistics

Физика почв

M. Guo, N. Guo, and L. Liu ''Effects of Wetting-Drying Cycles on the CT-Measured Macropore Characteristics under Farmland in Northern China,'' Eurasian Soil Science, https://doi.org/10.1134/S1064229323700163

Wetting and drying (WD) cycles have a strong influence on the structure of soil, especially on the pore distribution, which can significantly affect soil quality and crop growth. Most studies have conducted the controlled cycles effects on soil pores at the laboratory. However, the effects of natural wetting and drying cycles (NWD) on the pore characteristics of soil are still not well understood. This study was to quantify and compare the modifications in computed tomography (CT)-measured macropore parameters induced by cycles under two experimental conditions of NWD at the field and WD at the laboratory. Intact soil cores, 15 cm in diameter and about 20 cm in height, were taken from Calcic Cambisol at cultivated land and scanned using X-ray computed tomography. Two conditions of NWD and WD cycles had obviously different influence on soil macropores, and NWD cycles may have a stronger influence than WD cycles. Soil depths had an obvious effect on soil macropore features during the cycles. Our results suggest that the decrease in soil macropore number, macroporosity, fractal dimension and connectivity density under NWD cycles is adverse to soil water retention, soil quality and crop production.

Keywords: soil pore, wetting and drying cycles, Calcic Cambisols, Northern China Plain

Биология почв

 

М.В. Семенов, Н.А. Ксенофонтова, Д.А. Никитин, А.К. Тхакахова, C.М. Лукин Микробиологические показатели дерново-подзолистой почвы и ризосферы в полувековом полевом опыте с применением разных систем удобрения // Почвоведение. 2023. № 6. С. 715-729. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601220

Изучено влияние разных систем удобрения на количественные показатели различных групп микроорганизмов внекорневой агродерново-подзолистой почвы (Umbric Albic Retisol (Aric)) и ризосферы картофеля и ячменя. Исследование проводили на базе длительного полевого опыта, в котором с 1968 г. применяются минеральная (NPK), органическая (навоз) и органо-минеральная (NPK + навоз) системы удобрения. Внесение органических удобрений на 25–100% повышало содержание углерода микробной биомассы (Смик) в почве и ризосфере по сравнению с почвой без удобрений, а применение минеральных удобрений, наоборот, снижало на 10–30%. Базальное дыхание и дыхательный коэффициент (qСО2) увеличивались в ряду: без удобрений < NPK < NPK + навоз < навоз. Численность копий генов бактерий, архей и грибов существенно, в 1.5–2.5 раза, повышалась в условиях применения органических удобрений и снижалась в 2–2.5 раза под воздействием NPK. Соотношение грибы/бактерии по методу люминесцентной микроскопии изменялось от 32 до 100, а по результатам количественной ПЦР – от 0.10 до 0.92, при этом наименьшие значения были характерны для вариантов с внесением NPK, а наибольшие – с навозом. Таким образом, в целях поддержания стабильности системы почва–микроорганизмы–растение применяемые дозы минеральных удобрений должны компенсироваться внесением свежего органического вещества.

Ключевые слова: углерод микробной биомассы, базальное дыхание, соотношение грибы/бактерии, количественная ПЦР, минеральные удобрения, органические удобрения, микробиом

 

А. В. Князева, Л. В. Лысак, Е.В. Лапыгина, А.В. Александрова Обилие и разнообразие микроорганизмов в почвах и сопряженных субстратах (опаде и “подвешенной почве”) некоторых заповедников Вьетнама // Почвоведение. 2023. № 6. С. 730-744. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601323

Проведено комплексное исследование почвенного прокариотного сообщества зональных ферралитных и интразональных аллювиальных почв Вьетнама, а также сопряженных с ними растительного опада и “подвешенной почвы” из корзинок эпифитных папоротников. Наибольшая численность бактерий, определенная прямым люминесцентным методом, отмечена в образцах ферралитных почв (5.59 млрд кл./г), тогда как длина грибного (2038 м/г) и актиномицетного мицелия (1086 м/г) была наибольшей в аллювиальных почвах. В среднем, наибольшие показатели общей численности и длины актиномицетного и грибного мицелия зарегистрированы в горных ферралитных почвах. Актинобактерии, в частности бактерии рода Streptomyces, вносят значительный вклад в деструкцию растительного материала. В прокариотном сообществе зональной красно-желтой гумусно-ферралитной почвы преобладали бактерии филумов Firmicutes (80%) и Proteobacteria (15%), в образце “подвешенной почвы” – филумы Proteobacteria (51%), Actinobacteria (38%). Значительно меньше представлены филумы Chloroflexi, Acidobacteria, Bacteroidetes и Cyanobacteria. При значительных различиях на уровне родов в исследованных субстратах выделены следующие функциональные группировки микроорганизмов: деструкторы ксенобиотиков, бактерии цикла азота, экстремофилы, а также бактерии-ингибиторы роста микромицетов. Метаболически активная часть прокариотного сообщества, представленная филумами Proteobacteria, Actinobacteria и Acidobacteria, была наибольшей в “подвешенной почве”, меньшей – в опаде и горизонте А красно-желтой гумусно-ферралитной почвы, что соотносилось с высокой численностью этих филумов и значительным таксономическим разнообразием бактерий в этом локусе. Функциональные гены: nifH – ген, кодирующий субъединицу нитрогеназы, и alkB, кодирующий алкан гидроксилазу – 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, численность копий nifH и alcB генов, Ferralsol

 

А. В. Якушев, А. И. Журавлев, И. Н. Кузнецова Влияние длительной и кратковременных засух на гидролитические ферменты серой почвы // Почвоведение. 2023. № 6. С. 745-757. https://doi.org/10.31857/S0032180X2260130X

Трансформация органического вещества в почве во многом определяется гидролитическими ферментами. В условиях климатических изменений особенное значение имеет понимание механизмов микробного отклика для прогнозирования цикла углерода. До сих пор мало изучалось влияние продолжительности и частоты засухи на гидролитические ферменты почвы. Проведен многофакторный полевой манипуляционный эксперимент, моделирующий в присутствии растений и без них: две кратковременные засухи, длительную засуху и оптимальный уровень увлажнения почвы. Определяли максимальную скорость реакции Vmax, константу Михаэлиса Km и каталитическую эффективность Ka пяти групп ферментов, участвующих в цикле углерода (целлобиазы, глюкозидазы, ксиланазы), фосфора (фосфатазы) и азота (хитиназы). У фосфатаз, глюкозидаз и ксиланаз Vmax снижалось при кратковременной засухе. В ходе длительной засухи снижалось значение Vmax фосфатаз, целлобиогидролаз, ксиланаз и возрастало у хитиназ, оставаясь при этом неизменным у глюкозидаз. Как длительная, так и кратковременные засухи приводили к увеличению Km и уменьшению Ka почти для всех ферментов. Кратковременные засухи не являлись ослабленным вариантом длительной засухи, но имели свою специфику – снижение у глюкозидаз Km, которое приводило к увеличению Kа. Длительная засуха отличалась увеличением Vmax хитиназ и пространственной вариативности Vmax фосфатаз и глюкозидаз. Влияние присутствия растений было второстепенным и сказывалось только при коротких засухах. Обратимость действия засухи на Vmax, Km, Ka уменьшалась в ряду: первая кратковременная засуха > вторая кратковременная засуха > длительная засуха – за счет увеличения общей продолжительности стрессового воздействия.

Ключевые слова: почвенная засуха, почвенные ферменты, кинетика Михаэлиса–Ментен, каталитическая эффективность ферментов

 

И. Д. Гродницкая, О. Э. Пашкеева, В. В. Старцев, А. А. Дымов Дыхательная активность и биоразнообразие микробиомов подзолистых почв постпирогенных еловых лесов Красноярского края и Республики Коми // Почвоведение. 2023. № 6. С. 758-773. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601347

Представлены данные по микробиологическим свойствам подзолистых почв (Retisols) старовозрастных еловых лесов на территории средней тайги Красноярского края и Республики Коми. Несмотря на различное географическое положение, почвы этих регионов характеризуются близкими морфологическими и физико-химическими свойствами. В почвах ельников Республики Коми и Красноярского края не обнаружено достоверной разницы в накоплении микробной биомассы и скорости микробного дыхания. Однако содержание в почвах углерода и азота, а также микробной биомассы оказывало значимое влияние на качественный состав микробиомов пирогенных и непирогенных горизонтов почв. Отмечено существенное влияние пирогенного фактора на α-разнообразие бактерий и грибов. Показано, что при освоении органического вещества с наличием пирогенного углерода активно участвуют представители доминантных фил бактерий (Proteobacteria, Actinobacteria и Planctomycetes) и грибов (Ascomycota, Basidiomycota и Mucoromycota). В состав микробиомов верхних пирогенных подгоризонтов входят группы карботрофных бактерий (Thermomonosporaceae, Isosphaeraceae, Bacillaceae, Xanthobacteraceae) и грибов из классов Dothideomycetes (р. Cenococcum), Eurotiomycetes (р. Penicillium), Sordariomycetes (р. Trichoderma), Leotiomycetes (р. Oidiodendron), Umbelopsidomycetes (р. Umbelopsis), которые способны к преобразованию продуктов пиролиза в доступные и нетоксичные субстраты для других организмов.

Ключевые слова: подзолистые почвы (Retisols), старовозрастные ельники, микробиомы, пирогенные и непирогенные горизонты, биоразнообразие прокариот и грибов

 

Минералогия и микроморфология почв

С.А. Юдин, О.О. Плотникова, В.П. Белобров, М.П. Лебедева, К.Н. Абросимов, Н.Р. Ермолаев Количественная характеристика микростроения типичных черноземов при использовании разных агротехнологий // Почвоведение. 2023. № 6. С. 774-786. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601438

Представлены методические возможности микроморфологического исследования почв, с применением программного обеспечения, позволяющего делать цифровую съемку шлифов с большим разрешением и на количественном уровне анализировать шлифы по характеру пористости, диаметру пор, форме и ориентации агрегатов, т.е. параметрам, характеризующим строение почв на микроуровне. Проведена апробация нового программного обеспечения Thixomet Pro для количественного микроморфологического изучения почвенных шлифов на примере типичных черноземов (Haplic Chernozem) научно-производственного опыта (Курская область) по оценке воздействия агротехнологий в зерновом севообороте: традиционной технологии и прямого посева – на фракционный состав агрегатов, их форму и ориентацию. Микроморфологический анализ шлифов с использованием программного обеспечения Thixomet Pro выявил вариабельность микростроения типичных черноземов в размерности фракций, форме и ориентации агрегатов, связанную с использованием в зерновом севообороте двух различных агротехнологий, применяющих обработку почв (вспашка с оборотом пласта) и не применяющих ее (прямой посев, no-till). В черноземе варианта прямого посева агрегаты в целом более крупные, что отмечается при сравнении с агрегатами чернозема варианта традиционной обработки на всех уровнях диаметра агрегатов: минимального, среднего и максимального. Тем не менее, при прямом посеве в агрегатном составе преобладают агрономически ценные фракции, характерные для устойчивой структуры целинных почв. Показано, что при прямом посеве формируются менее округлые и изометричные агрегаты, а доля субгоризонтально залегающих агрегатов по сравнению с традиционной обработкой повышена, что способствует сохранению влаги в поверхностном горизонте.

Ключевые слова: микроморфология, морфометрия почв, Haplic Chernozem, прямой посев, no-till

 

Агрохимия и плодородие почв

Abolfazl Azadi, Seyed Alireza Seyed Jalali, and Mir Naser Navidi ''Assessment of Land Suitability for Sugarcane Cultivation Using TOPSIS and Parametric Methods in Southwestern Iran,'' Eurasian Soil Science,  https://doi.org/10.1134/S1064229322602268

Parametric land suitability assessment (LSA) sometimes does not correspond to the reality of the region due to low index values. Thus, new multi-criteria decision-analysis approaches (MCDA) that consider the mutual effects of criteria, such as the TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) method, can be utilized. This study aimed to compare the efficiency of the TOPSIS approach and parametric methods in assessing land suitability for sugarcane cultivation in southwest Iran. Hence, 45 sugarcane fields were selected in sugarcane cultivation and industrial areas in the south of Khuzestan province. In each farm, one pedon was studied in detail. Soil samples were collected from different horizons and taken to the laboratory for the designated physicochemical analyses. Sugarcane yields over the past three years were also gathered for each farm in the study. Then, the land suitability index values were compared with the sugarcane yield in the studied units using Storie, square root, and TOPSIS methods. The results revealed that soil salinity (EC) exhibited the highest specific weight value for sugarcane farming followed by soil pH, calcium carbonate equivalent (CCE), and soil depth. Furthermore, the preferred value with the TOPSIS method for sugarcane cultivation ranged from 0.42 to 0.92. The explanation coefficient (R2) obtained by comparing the order of priority of 45 options with their observed performance using the Storie, square root, and TOPSIS methods was 0.62, 0.64, and 0.76, respectively. Our results revealed that TOPSIS outperformed the other two methods to determine land suitability for growing sugarcane. The multi-criteria method improved the land suitability class and resulted in a higher land suitability class than the traditional method, which is more consistent with the reality in the region. In conclusion, the results of this study demonstrated the high efficiency and potential of TOPSIS compared to other commonly used models. Overall, it can be concluded that agricultural land use can be better planned and managed with the TOPSIS method.

Keywords: land suitability assessment, parametric method (Storie and square root), TOPSIS method, crop yield, sugarcane, Aridisols, Entisols

 

Деградация, восстановление и охрана почв

Ф.В. Гедгафова, О.Н., Горобцова, Т.С. Улигова, Н.Л. Цепкова, Р.Х. Темботов, Е.М. Хакунова, К.Х. Даова Оценка изменения биологической активности горных лугово-степных почв пастбищ разных стадий дигрессии  Центрального Кавказа // Почвоведение. 2023. № 6. С. 787-798. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601268

Определены показатели биологической активности (содержание и запасы гумуса, содержание и запасы углерода микробной биомассы, активность ферментов классов гидролаз и оксидоредуктаз) верхних горизонтов (0–10 см) горных-лугово-степных почв Центрального Кавказа (Кабардино-Балкария) при разных стадиях пастбищной дигрессии (Д1, Д2, Д3). Установлено, что значения контролируемых почвенных показателей в условиях слабо- (Д1) и средненарушенных (Д2) луговых фитоценозов достоверно не отличаются (t < 1.97; P > 0.05). В почвах сильнонарушенных луговых степей (Д3) выявлены статистически значимые снижения (t > 2.95; P < 0.05) биологических параметров по сравнению с менее поврежденными лугами (Д1 и Д2). На основе совокупности изученных показателей биологической активности рассчитан интегральный показатель эколого-биологического состояния почв (ИПЭБСП), отражающий общий уровень биологической активности изученных почв при разных стадиях дигрессии лугово-степных сообществ. Отмечено снижение ИПЭБСП умеренно выпасаемых (Д2) и перевыпасаемых (Д3) лугов относительно величин условного эталона (Д1) на 11 и 45% соответственно. Полученные результаты биологического состояния горных луговостепных почв используются для мониторинговых исследований, направленных на оценку степени изменения почвенно-растительного покрова горных пастбищных экосистем.

Ключевые слова: субальпийские луга, пастбища, гумус, углерод микробной биомассы, активность ферментов, Mollic Leptosols Eutric

Скачать

                                                                                      Почвоведение №5, 2023

Тема номера: БИОЛОГИЯ ПОЧВ

 

Редактор номера А.Л. Степанов

 

ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРОБИОМОВ

В. С. Чепцов, А. А. Белов, И. В. Сотников Разнообразие бактерий, культивируемых из аридных почв и пород в условиях дефицита доступной воды // Почвоведение. 2023. № 5. С. 525-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601372

 Проведено исследование разнообразия бактерий, выделенных из почвы пустыни Негев (Израиль, образец SN2) и осадочной породы пустыни Сахара (Тунис, образец Alg). Для оценки способности бактерий к метаболизму при различных уровнях доступности влаги и для более полного выявления бактериального разнообразия культивирование проводили на средах R2A с добавлением глицерина в различных концентрациях для установления определенного уровня активности воды (Aw) в среде в диапазоне от 1.0 до 0.9 (с шагом 0.01 Aw). После инкубации уникальные морфотипы культивируемых бактерий выделяли, описывали, идентифицировали с помощью секвенирования 16S рРНК и тестировали на способность к росту в градиенте Aw в чистых культурах. После инкубации и выделения было идентифицировано и протестировано 355 штаммов. Культивируемые бактерии обнаруживали на средах с Aw 0.95 и больше. При уменьшении Aw от 1 до 0.95 численность культивируемых бактерий уменьшалась от 105 и 107 КОЕ/г в образцах SN2 и Alg соответственно до 2 × 104 КОЕ/г в обоих исследованных образцах. В результате культивирования выделили представителей 34 родов бактерий, преимущественно филума Actinobacteria; доминировали представители родов Arthrobacter, Kocuria и Pseudarthrobacter. При этом выявили 38 штаммов с низким сходством нуклеотидных последовательностей с базами данных, вероятно, являющихся представителями ранее не описанных видов родов Agrococcus, Arthrobacter, Bacillus, Brachybacterium, Cellulomonas, Conyzicola, Kocuria, Microbacterium, Okibacterium, Rathayibacter и Sphingomonas. Тестирование штаммов на способность к росту в чистой культуре в градиенте значений Aw позволило обнаружить 18 штаммов родов Arthrobacter, Kocuria, Brachybacterium, Serratia и Leucobacter, способных к росту на питательной среде с Aw 0.91. Проведенное исследование подтверждает, что пустынные почвы и породы являются депозитарием ранее не описанных видов бактерий, а также могут быть ценным источником биотехнологически перспективных штаммов.

Ключевые слова: активность воды, ксеротолерантность, актинобактерии, новые виды бактерий, пустынные почвы

 

А. В. Головченко, Т. А. Грачева Т. А. Семенова, А. А. Морозов, С. Р. Самигуллина, Т. В. Глухова, Л. И. Инишева Мицелиальный компонент эутрофных торфяных почв в зоне активной деструкции органического детрита // Почвоведение. 2023. № 5. С. 536-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601232

 Проведен анализ структурных показателей (обилие, разнообразие) грибных и актиномицетных комплексов эутрофных торфяных почв в зоне основной деструкции органического детрита, представленной подстилкой (слоями L и F) и эутрофно-торфяным горизонтом (ТЕ). Образцы отбирали в заболоченных лесах Тверской и Томской областей (черноольшанник, сосняк, березняк, смешанный лес) в летний период 2021 г. Показатели обилия мицелиальных организмов выявляли люминесцентно-микроскопическим и чашечным методами. Видовую идентификацию культивируемых представителей проводили на основании фенотипических признаков. В подстилках по сравнению с эутрофноторфяными горизонтами зафиксировано превышение длины грибного мицелия в 2‒10 раз, численности культивируемых грибов на 2‒3 порядка и актиномицетов на 1‒2 порядка. Ферментативный слой подстилки характеризовался максимальным содержанием углерода мицелиального компонента (3‒10 мг С/г). Запасы актиномицетной биомассы в зоне основной деструкции органического детрита исследуемых почв варьировали от 23 до 60 кг/га, грибной ‒ от 1593 до 3718 кг/га. Доля подстилки в профильном запасе мицелиальной биомассы была более весома в лиственных лесах. Из зоны основной деструкции органического детрита исследуемых почв было выделено 70 видов культивируемых грибов из 43 родов и 42 вида актиномицетов из 12 серий и 4 секций. В грибном комплексе преобладали представители родов Penicillium, Talaromyces, Trichoderma, в актиномицетном ‒ рода Streptomyces. Подстилки не уступали эутрофно-торфяному горизонту по видовому разнообразию грибов и актиномицетов. Видовое сходство комплексов грибов подстилок и горизонта ТЕ ‒ 0.68, комплексов актиномицетов ‒ 0.27.

Ключевые слова: Sapric Histosols, подстилка, грибы, актиномицеты, биомасса, видовое богатство, видовое сходство

 

Н.А. Манучарова, М.А. Коваленко, М. Г. Алексеева, А.Д. Бабенко, А.Л. Степанов Биотехнологический потенциал гидролитического прокариотного компонента в почвах // Почвоведение. 2023. № 5. С. 550-. https://doi.org/ 10.31857/S0032180X22601311

Установлены закономерности распространения и зависимости функциональной активности метаболически активных прокариот от основных экологических факторов. В исследовании применяли молекулярно-биологические и биоинформатические подходы. Спектр исследуемых образцов включал современные почвы Волгоградской, Тульской, Московской областей, Сибири и северной части Центральной Камчатки, реликтовые местообитания Волгоградской области и Центральной Камчатки, многолетнемерзлые грунты Антарктиды, о. Кинг-Джордж. Рассматривали воздействие антропогенных и абиогенных нагрузок на развитие прокариотного сообщества. В почвах, подверженных антропогенным или абиогенным нагрузкам, наряду с сокращением разнообразия и численности прокариот установлено увеличение количества генов, маркирующих способность сообщества к биодеградации ксенобиотиков, а также генов, кодирующих превращения азота и уровень метаболизма кофакторов и витаминов. Бактериальный комплекс способен к нитрификации при высоком загрязнении почвы нефтью, а его роль возрастает в нижних слоях почвенного профиля. Археи играют ведущую роль в процессе нитрификации в ненарушенных почвах. Выявленные закономерности указывают на высокий метаболический потенциал прокариотного компонента рассматриваемых объектов и открывают возможности для биотехнологического использования штаммов, выделенных из реликтовых местообитаний.

Ключевые слова: бактерии, археи, функциональные гены, гидролитическое сообщество, нефть, азотный цикл

 

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

И.К. Кравченко, Л.Р. Сизов, Л.В. Лысак Лабораторное исследование влияния солей аммония и лантана на окисление метана и состав микробных сообществ в дерново-подзолистой почве // Почвоведение. 2023. № 5. С. 567-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601384

 Одним из перспективных подходов в решении вопросов устойчивости экосистем к стрессовым воздействиям является оценка реакции микробных сообществ почв, осуществляющих важные эколого-биосферные функции, на природные или антропогенные воздействия. В модельном эксперименте с дерново-подзолистой почвой (Eutric Albic Retisol (Abruptic, Loamic)) установлено ингибирующее действие аммония и стимулирующее действие лантана на окисление метана микроорганизмами почвы. Внесение аммония и лантана снижало таксономическое разнообразие бактериального сообщества почвы и изменяло его структуру: уменьшалось относительное содержание грамположительных бактерий филумов Actinobacteriota и Bacillota, тогда как доля грамотрицательных бактерий филума Pseudomonadota возрастала. Внесение лантана на несколько порядков увеличивает относительное содержание в сообществе метанотрофов рода Methylobacter и облигатных метилотрофов рода Methylotenera. Результаты работы могут быть использованы для разработки подходов регуляции активности почвенного метанового фильтра и сопутствующей микробиоты.

Ключевые слова: почвенные микробные сообщества, метановый цикл, метаболическая активность, метанотрофы

 

А. И. Матвиенко, М. С. Громова, О. В. Меняйло Влияние внесения минерального азота и глюкозы  на температурную чувствительность (Q10) минерализации органического вещества почв // Почвоведение. 2023. № 5. С. 579-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601281

Изучена температурная чувствительность (Q10) минерализации С в почвах двух типов: серая лесная (Phaeozems, экосистема лесная поляна) и дерново-подзолистая (Retisols, экосистема сосняк мертвопокровный). Показано, что температурная чувствительность больше на лесной поляне, чем в сосняке, и возрастает вниз по почвенному профилю. Глубина почв оказалась самым сильным фактором, определяющим вариацию Q10. Внесение азота (NH4NO3) увеличило Q10 в верхних горизонтах почв, а внесение глюкозы, наоборот уменьшило Q10 в обеих экосистемах. Наиболее сильно эффект внесения глюкозы проявлялся в нижних горизонтах. Совместное внесение глюкозы и азота влияло на Q10 также, как внесение только глюкозы, указывая, что доступность легкоразлагаемого субстрата – более сильный фактор, влияющий на температурную чувствительность, чем азот. Полученные данные позволяют прогнозировать изменение вклада гетеротрофной составляющей эмиссии СО2 из почв при глобальном потеплении, увеличении поступления корневых экссудатов, фитодетрита и экзогенного азота в почву.

Ключевые слова: органический углерод, парниковые газы, цикл углерода, серые лесные (Phaeozems), дерново-подзолистые (Retisols) почвы

 

Д. Д. Кошелева, В.С. Чепцов, А.Л. Степанов, И.И. Толпешта, В.В. Крупская Исследование микробного состава бентонитов двух месторождений // Почвоведение. 2023. № 5. С. 586-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601360

Бентонитовые глины обладают большой площадью удельной поверхности и большим объемом порового пространства, что определяет их высокую сорбционную способность и позволяет использовать в качестве одного из барьеров при строительстве захоронений радиационно-активных отходов. Ожидается, что глубокие геологические хранилища будут функционировать тысячи лет, поэтому актуальна проблема прогнозирования изменений, которые могут произойти с ними за это время. В процессе функционирования хранилищ бентониты могут изменять свои свойства за счет воздействия на них микроорганизмов. В работе проанализирована структура микробного сообщества бентонитов двух месторождений: 10-й Хутор (Россия) и Таганское (Казахстан) – при различных температурах (25 и 60°С) инкубации. В бентоните месторождения 10-й Хутор при инкубации при 60°С выявлено 10 филумов и 92 рода бактерий, а при 25°С – 12 филумов и 94 рода. В бентоните Таганского месторождения при температуре инкубирования 60°С выявлено 14 филумов и 87 родов, а при 25°С – 15 филумов и 123 рода. В образцах преобладали бактерии типов Proteobacteria и Firmicutes. Сделан вывод, что основным фактором, влияющим на формирование микробного сообщества в исследованных бентонитах, является температура, а не химический и минеральный состав исследованных бентонитов.

Ключевые слова: глинистые минералы, микробные сообщества, хранилища радиоактивных отходов, Proteobacteria, Firmicutes

 

Ping Zhu, Wenyan Liu, Zhongyuan Sun, Xinfu Bai, Jianqiang Song, Nan Wu, and Yuping Hou ''Soil Bacterial Community Response to Fire Varies with Slope Aspect at Zhenshan Mountain, East China'' Eurasian Soil Science,  (5),  (2023). https://doi.org/10.1134/S1064229322602104

Wildfire is a crucial event in the regulation of the structure and function of forest ecosystems. The effects of fire on soil microorganisms is still poorly understood. Here, we compared soil properties and bacterial communities between burnt and unburnt soils on sunny and shady slopes 4 and 13 years after a fire in a warm temperate forest ecosystem at Zhenshan Mountain in Shandong, eastern China. Soil physicochemical properties and enzyme activity were more affected by fire than by slope aspect. Fire significantly altered bacterial β-diversity but did not affect bacterial α-diversity. Co-occurrence networks showed that fire decreased the complexity, edge number, average degree, and average clustering coefficient of the bacterial communities. Available nitrogen content was the major factor explaining the differences in bacterial communities between the burnt and unburnt samples. Moreover, the impacts of fire varied with slope aspect and recovery time. The relative abundance of Spartobacteria, Gammaproteobacteria, TK10, and JG30-KF-CM66 differed significantly between sunny and shady slopes in burnt soil, and were all significantly correlated with soil pH. Differences in soil pH mediated by slope aspect drove the variation in soil bacterial community structure at burned sites. Within constant slope aspect, the soil bacterial community in burnt soil 4 years after the fire was significantly different from that in unburnt soil, and after 13 years of recovery it was similar to that before the fire. These results indicate that the slope aspect should be considered when predicting the response of soil microbial communities to fire.

Keywords: fire, slope aspect, bacterial community, pH

 

Г.А. Терегулова О.Н. Синёва, Н.Н. Маркелова, В.С. Садыкова,  Г.В. Уваров, М.А. Коваленко, Н.А. Манучарова Оценка хитинолитической и антибиотической активности актиномицетов Streptomyces avidinii ina 01467 и Micromonospora aurantiaca ina 01468 // Почвоведение. 2023. № 5. С. 594-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601207

 Проведена оценка антибиотической и хитинолитической активности у актиномицетов, выделенных из дерново-подзолистой почвы (Albic Retisol (Loamic)) Московской области (56°07′15″ N, 37°30′54″ E). На основании культурально-морфологических признаков и анализа гена 16S рРНК выделенные штаммы отнесены к Streptomyces avidinii INA 01467 и Micromonospora aurantiaca INA 01468. Оценка антибиотической активности выделенных культур актиномицетов показала, что штаммы проявляют как антибактериальную активность в отношении грамположительных бактерий, так и антифунгальную активность в отношении коллекционных штаммов грибов Sac. cerevisiae ИНА 01042, C. albicans ATCC 14053, F. oxysporum ВКПМ F-148. Способность к синтезу противогрибковых соединений увеличивалась при росте на среде с хитином у штамма Streptomyces avidinii INA 01467, в том числе в отношении фитопатогенного штамма Fusarium oxysporum ВКПМ F-148. С помощью метода ПЦР в реальном времени (Real-Time-PCR) было установлено наличие функциональных генов сhitA, отвечающих за синтез ферментов хитиназ группы А, у исследуемых бактериальных штаммов Streptomyces и Micromonospora. Наибольшее количество гена обнаружено при росте на хитине у штамма Streptomyces avidinii INA 01467, оно достигает порядка 15 × 103 копий/мл. Результаты показали наличие у исследуемых штаммов хитиназной и антибиотической активности, в том числе в отношении фитопатогенных грибов, что позволяет использовать их в технологиях защиты растений и биоремедиации почв.

Ключевые слова: полифункциональные актиномицеты, молекулярно-биологические методы, антибиотики, хитинолитики, функциональный ген chitA

 

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

И. Г. Широких, И. А. Остерман, Д. А. Лукьянов, В. И. Марина, М. В. Бирюков, О. А. Белозерова, Е. Б. Гугля, А. А. Широких, Я. И. Назарова, Н. А. Боков, Ю. В. Закалюкина Новый продуцент боррелидина Streptomyces rochei 3IZ-6 и его перспективы в защите растений // Почвоведение. 2023. № 5. С. 603-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601050

Почвенные актиномицеты выделяли из верхнего горизонта грумусоли (Vertisols) на западном берегу оз. Кинерет в окрестности г. Тверия (Нижняя Галилея, Израиль). Проверка антибиотической активности 26 природных изолятов рода Streptomyces с использованием высокопроизводительного скрининга на основе двойной репортерной системы позволила выявить актинобактериальный штамм 3IZ-6, обладающий способностью ингибировать синтез белка. Методами полифазной таксономии штамм 3IZ-6 отнесен к виду Streptomyces rochei. Активное вещество S. rochei 3IZ-6 выделяли и очищали при помощи гравитационной обращеннофазовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии. С помощью toe-print анализа и данных масс-спектрофотометрии продуцируемый антибиотик идентифицировали как боррелидин. При совместном культивировании на твердых средах штамм 3IZ-6 способен подавлять рост фитопатогенных микроорганизмов: Fusarium solani, F. sambucinum, Botrytis cinerea, а также карантинного объекта Curtobacterium flaccumfaciens. Установлено выраженное фитотоксическое действие культуральной жидкости 3IZ-6 на семена пшеницы мягкой (Tritiсum aestivum L). Штамм Streptomyces rochei 3IZ-6 может найти применение в биотехнологии как продуцент боррелидина – ценного природного соединения с широким спектром антибиотического действия, в частности, как агент биоконтроля для защиты сельскохозяйственных растений от фитопатогенов и сорняков.

Ключевые слова: Vertisols, почвенные стрептомицеты, антибиотический скрининг, антифитопатогенное действие

 

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Н.В. Костина, Н.А. Куликова, М.В. Горленко, К.А. Мазуров, О.И. Филиппова, И.В. Плющенко, И.А. Родин

Влияние глифосата на биологическую активность и фитотоксичность дерновоподзолистой почвы в условиях краткосрочного модельного эксперимента // Почвоведение. 2023. № 5. С. 613-. https://doi.org/ 10.31857/S0032180X22601293

 В модельном лабораторном эксперименте с пахотным горизонтом дерново-подзолистой почвы (Albic Retisol (Loamic)), имеющим низкое содержание органического вещества и низкую биологическую активность, установлено, что внесение глифосата приводит к кратковременному изменению интенсивности основных процессов микробной трансформации азота в почве. При инкубировании почвы с глифосатом в максимальной рекомендуемой дозе 8 л/га в течение 22 сут наблюдается рост азотфиксирующей и денитрифицирующей активности на 30–80 и 300% и снижение процесса нитрификации на 20–40%. Эффекты носят кратковременный характер и не отражают всего комплекса протекающих микробиологических процессов: на эмиссию CO2, являющегося интегральным показателем биологической активности, влияния глифосата не обнаружено. В конце инкубирования в почве с внесенным глифосатом отмечен рост численности бактерий на 40% и снижение численности микромицетов на 70%. В целом в выбранных условиях внесение глифосата привело к выраженному снижению биологической активности почвы по сравнению с контролем. Изучение функционального биоразнообразия почвенных микробных сообществ методом мультисубстратного тестирования показало, что под действием гербицида происходит снижение устойчивости почвенного микробного сообщества, выражающееся в увеличении значения коэффициента рангового распределения спектров потребления субстратов d, сопровождающееся уменьшением удельной метаболической работы W и интегрального индекса витальности G. Впервые показано, что при внесении глифосата в почву с низкой биологической активностью и обеспеченностью доступным фосфором наблюдается выраженное отрицательное действие препарата на почвенные микроорганизмы, что приводит к угнетению роста растений пшеницы.

Ключевые слова: раундап, функциональное биоразнообразие микробных сообществ, токсичность, биотестирование

 

О.В. Орлова, А.А. Кичко, Е.Л. Чирак, А.О. Зверев, Т.О. Лисина, Е.Е. Андронов Бактериальное сообщество почвы при разложении соломы в зависимости от количества доступного органического вещества // Почвоведение. 2023. № 5. С. 626-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601074

 Рассмотрено влияние содержания почвенного доступного органического вещества на состав и функционирование микробного сообщества при трансформации соломы ячменя в почве. Дерново-подзолистую почву (Umbric Albic Retisols (Abruptic)), слой 0–20 см, инкубировали (25°С, 60% ППВ) 4 мес. и получили модельную почву с пониженным содержанием доступного органического вещества. Провели лабораторный эксперимент с внесением соломы ячменя в нативную и модельную почву. В динамике (0, 7, 40 и 70 сут) анализировали дыхание почв, микробную биомассу, численность микроорганизмов и таксономический состав микробного сообщества (секвенирование по 16S-рРНК). Качество органического вещества почвы оценивали по содержанию общего органического углерода (Собщ) и его фракций: доступного (Сдост), водорастворимого (Свод), лабильного. Показано, что в модельной почве вдвое снижается количество Свод и Сдост при отсутствии достоверных различий по содержанию Собщ. Кроме того, отмечено видимое ухудшение агрегатной структуры почвы и ускорение в ней трансформации соломы, на 25% больше, чем в нативной. На таксономический состав бактериального сообщества почвы влияли количество в почве исходного доступного органического вещества, внесение соломы и время инкубации. Уменьшение содержания доступного органического вещества изменяло состав микробного сообщества: уменьшались доли филумов Acidobacteria и Firmicutes, возрастали доли Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Planctomycetes и архей. Выявлено, что доминирующая часть (50% от суммы) микробного сообщества обедненной почвы характеризуется большим разнообразием и олиготрофностью. Предлагаются индикаторы для сравнения почв по олиготрофности микробного сообщества на основе таксономического состава.

Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, Umbric Albic Retisols (Abruptic), сукцессия микробного сообщества, олиготрофная почва, 16S рРНК, дыхание почвы

 

Никитин Д.А., Семенов М.В., Ксенофонтова Н.А., Тхакахова А.К, Русакова И.В., Лукин C.М. Влияние внесения соломы на состояние микробиома дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 2023. № 5. С. 640-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601189

 Потеря органического вещества почвы при сельскохозяйственном использовании земель оказывает негативное влияние на ее свойства и является одним из серьезных факторов роста концентрации СО2 в атмосфере. Доступным способом одновременного восстановления запасов почвенного органического вещества и депонирования секвестрированного углерода является внесение соломы в почву. Целью исследования была оценка влияния соломы на количественные показатели различных групп микроорганизмов дерново-подзолистой почвы (Albic Retisol) в рамках длительного полевого эксперимента. Многократное (суммарно 42 т/га) внесение соломы зерновых и зернобобовых культур в 1.25–2 раза повышало содержание углерода микробной биомассы (Смик) в пахотном слое, наибольший рост биомассы отмечен в вариантах без удобрений. Базальное дыхание и дыхательный коэффициент (qСО2) увеличивались в ряду: контроль < NPK < NPK + солома < солома. Применение минеральных удобрений снижало qСО2, биомассу грибов и численность копий генов архей в 1.5–3.0 раза. Соотношение грибы/бактерии по методу люминесцентной микроскопии изменялось от 4 до 15, а по результатам количественной ПЦР – от 0.17 до 0.33. Минимальные значения соотношений грибы/бактерии характерны для вариантов с внесением минеральных удобрений, а максимальные – с заделкой соломы. Таким образом, систематическое поступление свежего органического вещества соломы является важным технологическим приемом для повышения микробиологической активности почвы и нивелирования негативного влияния минеральных удобрений на почвенную микробиоту.

Ключевые слова: углерод микробной биомассы, базальное дыхание, соотношение грибы/бактерии, количественная ПЦР, минеральные удобрения

 

ПОЧВЕННЫЙ МИКРОБИОМ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Л. В. Лысак, Шоба С.А., Т. В. Прокофьеваa, А. М. Глушаковаa, Н. В. Гончаровa, А. А. Беловa Обилие и разнообразие прокариотных сообществ пылеаэрозоля и городских почв на территории Москвы // Почвоведение. 2023. № 5. С. 654-. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601359

 Получена комплексная (количественная и качественная) характеристика прокариотных сообществ твердых атмосферных выпадений (пылеаэрозоля) и образцов почв на территории г. Москвы на участках с разной интенсивностью антропогенной нагрузки. Общая численность бактерий в исследованных образцах твердых атмосферных выпадений (ТАВ) была меньше численности бактерий в образцах почв; актиномицетный мицелий в образцах ТАВ не обнаружен, хотя отмечался в образцах почв. Численность сапротрофных культивируемых бактерий в образцах ТАВ была на порядок меньше, чем в поверхностных горизонтах урбаноземов и реплантозема, отобранных на тех же участках. Среди культивируемых бактерий в пылеаэрозолях преобладали бактерии рода Micrococcus, в почвах преобладали представители филума Proteobacteria. В образцах ТАВ обнаружены представители семейства Enterobacteriaceae среди которых имеются виды, являющиеся потенциальными патогенами человека. Максимальное видовое разнообразие бактерий семейства Enterobacteriaceae зафиксировано в образцах ТАВ, отобранных на участках с повышенной антропогенной и транспортной нагрузкой. Санитарно-показательная бактерия Escherichia coli обнаружена во всех образцах ТАВ, ее содержание варьировало от 10 до 100 КОЕ/г, что по степени эпидемической опасности характеризует ТАВ как умеренно опасные. Экологические индексы, рассчитанные для прокариотных сообществ in situ (баркодинг гена 16S рРНК), свидетельствуют о меньшем таксономическом разнообразии прокариотных сообществ ТАВ по сравнению с сообществами близко расположенных городских почв.

Ключевые слова: урбанозем (Urbic Technosol), реплантозем (Urbic Technosol), численность бактерий, ДНК-метабаркодинг, санитарное-состояние почв, экологические функции почв, атмосферный пылеаэрозоль

 

Е.В. Чернышева, Ф. Форназьер, А.В. Борисов Коэффициенты пересчета содержания двухцепочечной ДНК в углерод микробной биомассы почв: физико-химические аспекты и влияние антропогенной деятельности // Почвоведение. 2023. № 5. С. 664-. https://doi.org/10.31857/S0032180X2260127X

 Проведено исследование взаимосвязи концентрации почвенной ДНК и микробной биомассы, определенной методом субстрат-индуцированного дыхания, в широком ряду почв, различающихся по гранулометрическому составу, кислотности, содержанию органического углерода, микробной биомассе, различных по характеру хозяйственного использования в древности и в настоящее время. В качестве объектов исследования выбраны темногумусовые почвы сельскохозяйственных угодий на Центральном Кавказе, стратоземы земледельческих террас позднего средневековья – нового времени в среднегорной зоне Восточного Кавказа, каштановые почвы и солонцы на участках с различной интенсивностью выпаса в сухостепной зоне (Ростовская область). Показано, что определение концентрации почвенной двухцепочечной ДНК является надежным и простым методом определения микробной биомассы в почвах со средне-, тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, содержанием органического углерода не более 2%, микробной биомассы не более 700 мкг С/г сухой почвы. Пересчетный коэффициент FДНК в таких почвах варьировал в узком диапазоне от 5.24 до 5.41. В почвах с высоким содержанием органического углерода наблюдалось завышение FДНК (6.56 и 10.56) из-за присутствия устойчивой к разложению внеклеточной ДНК. Почва легкого гранулометрического состава на песчаниках характеризовалась меньшей степенью сохранности ДНК, что привело к уменьшению определяемой микробной биомассы (FДНК = 4.22). Пониженный коэффициент пересчета FДНК (4.78) выявлен в почвах естественных пастбищ в сухостепной зоне, что подтверждает известные ограничения возможностей использования метода субстрат-индуцированного дыхания в щелочных почвах. Хозяйственная деятельность не оказывает значимого влияния на взаимосвязь количества почвенной ДНК и микробной биомассы.

Ключевые слова: субстрат-индуцированное дыхание, почвенная ДНК, выпас, распашка, почвообразующие породы, древнее и современное хозяйственное использование

 

М.В. Корнейкова, Д.А. Никитин Почвенный микробиом в зоне воздействия выбросов горнометаллургического комбината Печенганикель (Мурманская область) // Почвоведение. 2023. № 5. С. 676-688. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600883

 Проанализированы параметры микробиома Al–Fe-гумусовых подзолов на песчаной морене (Albic Podzols) по градиенту загрязнения соединениями меди, никеля и другими металлами на различном расстоянии (3, 16, 30, 50 км) от горно-металлургического комбината “Печенганикель” (Мурманская область). Проведена оценка запасов и структуры биомассы прокариот и грибов методом люминесцентной микроскопии; определено содержание копий рибосомальных генов микроорганизмов методом полимеразной цепной реакции в реальном времени; изучено таксономическое разнообразие и численность культивируемых почвенных микромицетов. Выявлено увеличение количества копий рибосомальных генов бактерий, архей и грибов вблизи источника выбросов по сравнению с удаленными участками. На всех участках наибольшее количество копий генов отмечено для бактерий от 3.21 × 1010 до 12 × 1010 копий генов/г почвы. Для грибов и архей их количество изменялось в пределах от 0.53 × 1010 до 1.59 × 1010 и от 0.55 × 1010 до 11.41 × 1010 копий генов/г почвы соответственно. Минимум рибосомальных генов всех групп микроорганизмов: археи, бактерии и грибы – выявлен в 50 км от комбината, а максимум – в 3–16 км от источника выбросов. Численность прокариот изменялась от 1.04 × 108 до 8.6 × 108 кл./г почвы, а биомасса – от 0.2 до 18.3 мкг/г почвы. Биомасса грибов варьировала от 122 до 572 мкг/г почвы. Отмечено существенное снижение биомассы всех групп микроорганизмов вблизи завода. Мицелий и споры грибов на всех участках преимущественно представлены мелкими формами диаметром 2–3 мкм. Длина грибного мицелия изменялась от 51.2 м/г вблизи комбината до 397 м/г на удаленных участках, при этом закономерностей в его распределении по градиенту загрязнения не выявлено. Отмечено сокращение разнообразия культивируемых почвенных микромицетов на уровне родов и вышестоящих таксонов по градиенту загрязнения выбросами завода. Выявлена смена структуры сообществ с полидоминантной (фоновый участок) на монодоминантную (вблизи завода). Вид Penicillium raistrickii доминировал на всех участках. В зоне 16 км от источника выбросов доминировали представители Aureobasidium pullulans и Trichoderma viride (16 км), темноокрашенные дрожжи Torula lucifuga (3 км). На фоновом участке к доминирующим относились представители порядков Mucorales и Umbelopsidales.

Ключевые слова: тяжелые металлы, бактерии, археи, микромицеты, биомасса микроорганизмов, количественная ПЦР

Скачать

                                                                                 

                                                    Почвоведение №3, 2023

Генезис и география почв

Шарый П. А. Факторы среды в предсказательном картографировании почв // Почвоведение. 2023. № 3. С. 285-299. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100380

В известной концептуальной модели SCORPAN анализируемое свойство почв рассматривается как зависящее от следующих факторов среды: других свойств почв, климата, организмов, рельефа, геологии, времени и пространства. Предсказательное картографирование почв в цифровой почвенной картографии основано на близких идеях, но факторы среды могут включать в себя не только факторы почвообразования, но и сведения, полученные при дистанционном зондировании. Его методы получили значительное распространение не только в почвоведении, но и в экологии, сельском хозяйстве и геоморфологии. В настоящей статье дается обзор факторов среды, используемых в предсказательном картографировании с особым вниманием к ситуациям, когда может применяться широкий набор факторов среды и/или когда часть их является неколичественными, как в случае типов растительности. Наиболее разработаны системы количественных показателей для описания рельефа и климата, поэтому им уделено особое внимание. Описание рельефа осуществляется как локальными, так и нелокальными, требующими интегрирования, величинами. При описании климата существенны величины, оценивающие сухость/влажность местности, такие как коэффициент увлажнения и дефицит воды. Они требуют оценки испаряемости, которая не измеряется метеостанциями, но может быть получена путем расчета. Описаны возможности учета этих и других факторов среды, включая неколичественные, в количественных статистических моделях предсказательного картографирования почв, принципы построения моделей, их проверки, сравнения, выбора подходящих моделей. Приведены примеры применения цифровой почвенной картографии к участкам различного масштаба, отмечена специфика моделей для разных масштабов. Обсуждаются некоторые аспекты использования данных дистанционного зондирования.

Ключевые слова: модель SCORPAN, цифровая почвенная картография, геоморфометрия, климат, пространственные связи

 

М. А. Смирнова, А.Н. Геннадиев, Ю.Г. Чендев Латеральное варьирование параметров гумусового и карбонатного профилей агрочерноземов (Белгородская область) // Почвоведение. 2023. № 3. С. 300-311. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601086

Изучение латерального варьирования свойств агрочерноземов позволило получить количественную характеристику ненаправленных короткопериодичных, как правило, первые метры, изменений почвенно-профильных параметров. В основу настоящего исследования положены данные о почвах водораздельной поверхности, приуроченных к трем параллельным трансектам, каждая протяженностью 240 м, перпендикулярно пересекающим лесополосу 60-летнего возраста в их центральной части. Шаг опробования составил 10 м на сельскохозяйственных полях и 6 м – под лесополосой; изучены особенности гумусового и карбонатного профилей в 75 точках: содержание органического углерода в слое 0–20 см, мощность гумусового горизонта и гумусового профиля, глубина вскипания, содержание углекислоты карбонатов в слое вскипания и горизонте максимального скопления карбонатов. Выявлено, что параметры гумусового и карбонатного профилей почв меняются периодически с шагом 6–10 м. Параметры гумусового профиля характеризуются меньшими коэффициентами вариации (<30%), чем параметры карбонатного профиля почв (>50%). Произрастание лесных насаждений на агрочерноземах (Haplic Chernozem (Аric)) в течение 60 лет привело к формированию новых классификационных компонентов – агрочерноземов постагрогенных (Haplic Chernozem), характеризующихся меньшим латеральным варьированием свойств по сравнению с почвами пашни. Всего в пределах исследованного участка встречается 3 типа почв: агрочерноземы (64 точки; Haplic Chernozem (Aric, Loamic, Pachic)), агрочерноземам глинисто-иллювиальные (7 точек; Luvic Chernozem (Aric, Loamic, Pachic) и Luvic Chernic Phaeozem (Aric, Loamic, Pachic)) и агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые (4 точки; Luvic Stagnic Chernic Phaeozem (Aric, Loamic, Pachic)), включающие 8 подтипов.

Ключевые слова: вариабельность свойств почв, разнообразие почв, органической углерод, Среднерусская возвышенность, черноземы (Chernozems)

 

А.И. Куликова, П.Д. Чеченков, М.С. Осипова, О.В. Шопина, И. Н. Семенков Сравнительный анализ результатов традиционного и цифрового крупномасштабного почвенного картографирования на примере участка в национальном парке "Смоленское Поозерье" // Почвоведение. 2023. № 3. С. 312-320. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600986

Территория Смоленского Поозерья отличается сложным и слабоизученным почвенным покровом и выраженным влиянием антропогенного фактора. На участок площадью 8.8 км2 в юго-западной части национального парка “Смоленское Поозерье” составлены почвенные карты масштаба 1 : 25000 в методах традиционной и цифровой почвенной картографии (ЦПК) и проведено сравнение полученных результатов. На обеих картах рассматриваемой территории преобладают серогумусовые почвы (Umbric Cambisol (Loamic) и Arenosols (Ochric)), что связано с сельскохозяйственным использованием в прошлом и реградацией старопахотных почв. Меньшие территории занимают альфегумусовые и текстурно-дифференцированные (Podzols (Arenic) и Retisols (Loamic) соответственно) почвы. Кроме того, обнаружены единичные ареалы псаммоземов (Arenosols), выделить которые удалось только на карте с использованием традиционного метода. Общая точность карты, составленной методом ЦПК, составила 55%. Ведущими факторами выделены морфометрические показатели рельефа, характер субстрата и растительность. Методами ЦПК лучше всего (с точностью 87 и 60% соответственно) предсказано распространение дерново-подзолистых почв (Retisols (Loamic)), приуроченных к суглинистым породам, и перегнойно-торфяных (Histosols), формирующихся в локальных понижениях и на пойме озера Баклановское. Расположение дерново-подбуров (Entic Rustic Podzols (Ochric)) предсказано с наименьшей точностью (29%). Точность предсказания расположения агроземов (Arenosols) и агропочв (Retisols), перегнойно-глеевых (Gleysols), серогумусовых и торфяных (Histosols) варьировала в пределах 43–60%. Метод традиционного картографирования смог в лучшей степени отразить дифференциацию почвенного покрова в крупном масштабе по сравнению с цифровым методом.

Ключевые слова: почвенные ареалы, геоинформационные системы, морфометрические характеристики почв, сравнительно-географический метод, машинное обучение, случайные леса

 

Химия почв

О. Ю. Гончарова, М. В. Тимофеев, Г. В. Матышак Диоксид углерода в природных почвенных, грунтовых и поверхностных водах арктических и бореальных регионов: роль, источники, методы определения (обзор) // Почвоведение. 2023. № 3. С. 321-338. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601025

Современные исследования доказывают необходимость включения водных объектов в региональные и глобальные модели углеродного обмена. Концентрация диоксида углерода в поверхностных водах, как правило, более высокая, чем допускает равновесие с парциальным давлением в атмосфере в 400 мкатм. Изучение функционирования и региональной роли водных систем, особенно с точки зрения динамики неорганического углерода, является недостаточным, в том числе в циркумбореальных регионах. В обзоре освещены теоретические основы и актуальность исследований растворенного диоксида углерода; методические подходы в оценке данного показателя, а также роль растворенного СО2 в природных водах бореальных и арктических регионов. Почвенное органическое вещество и растворенный диоксид углерода являются главными источниками СО2 в поверхностных водах, но до настоящего времени количественно данный вклад не оценен. Связано это с недоучетом абиотических аспектов почвенного газообмена, абсолютным преобладанием исследований газообмена на границе почва–атмосфера без учета взаимодействия с грунтовыми водами, а также методическими трудностями измерений концентраций газов в почвенно-грунтовых и поверхностных водах. Инструментальные методы измерения не стандартизированы, а расчетные имеют очень высокие систематические и аналитические ошибки. В заключении указывается на необходимость изучения гидрологического континуума: от источника (наземные экосистемы) до крупных рек и озер с особым вниманием на включение СО2 из почвенно-грунтовых вод в бюджет углерода всего водосбора.

Ключевые слова: растворенный СО2, арктические и бореальные регионы, поверхностные воды, почвенно-грунтовые воды, карбонатно-кальциевое равновесие, потоки углерода, цикл углерода

 

З. С. Артемьева, Э. П. Зазовская, Е. С. Засухина, Е. В. Цомаева Изотопный состав углерода органического вещества водоустойчивых структурных отдельностей типичного чернозема в контрастных вариантах землепользования // Почвоведение. 2023. № 3. С. 339-352. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601098

Представлены данные по изотопному составу углерода (С) разных пулов органического вещества (ОВ) в водоустойчивых структурных отдельностях (макро- и свободных микроагрегатах) типичного чернозема под степью и длительным чистым паром. Фракционирование 13C на отдельных этапах формирования пулов ОВ является относительно постоянным, независимо от уровня структурной организации. Это демонстрирует представленная концептуальная схема, позволяющая количественно оценить потоки C в системе агрегат/пул ОВ. Выявлено, что основные потоки C в пулах ОВ идут от свободного ОВ (ЛФСВ) к фракции остатка через микроагрегаты внутри водоустойчивых структурных отдельностей (мВСА), компонентами которых являются агрегированное ОВ (ЛФАГР) и илистая фракция (ил). С большой долей вероятности С перемещается из макроагрегатов (ВСАма) в свободные микроагрегаты (ВСАми). Бóльшая вероятность потока С во фракцию остатка из мВСА по сравнению с прямыми потоками С из ЛФАГР и ила свидетельствует в пользу гипотезы о том, что фракция остатка представлена в большей степени разрушенными частями/осколками разрушенных мВСА размером 50–1 мкм. Вне зависимости от размера в ВСА имеется лабильное ОВ в составе мВСА, наряду с ЛФСВ (только в макроагрегатах) и стабильное ОВ (фракция остатка). Лабильное ОВ (ЛФАГР и ил) внутри ВСАми характеризуется более легким изотопным составом С, следовательно, меньшей степенью микробиологической переработки по сравнению с таковым мВСА внутри ВСАма, что является следствием его лучшей физической защиты от микробных атак. Однако наиболее стабильный пул ОВ, сосредоточенный во фракции остатка внутри ВСАми обогащен 13С по сравнению с таковым в ВСАма. Учитывая, что фракция остатка определяет общий изотопный состав С в ВСА, ОВ свободных микроагрегатов в целом характеризуется бóльшей степенью микробиологической переработки по сравнению с таковым макроагрегатов. Свободные микроагрегаты – это части дезинтегрированных макроагрегатов.

Ключевые слова: водоустойчивая структура, грануло-денсиметрическое фракционирование, стабилизации углерода, потоки углерода, δ13C

 

Физика почв

М. А. Смирнова, Д.Н. Козлов Почвенные свойства как индикаторы параметров водного режима почв (обзор) // Почвоведение. 2023. № 3. С. 353-369. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601037

Перемещение влаги в почвах способствует формированию целого ряда специфических почвенных свойств; их интерпретация позволяет охарактеризовать особенности как отдельных гидрологических процессов, так и водного режима почв в целом, что особенно важно ввиду ограниченных возможностей проведения мониторинговых исследований перемещения влаги в почвах. Использование почвенных свойств в целях верификации результатов имитационного моделирования параметров водного режима дает возможность не только оценить адекватность модели, но и уточнить особенности генезиса почв. В обзоре рассмотрены диагностические показатели минеральных почв, определяемые в полевых и лабораторных условиях, характеризующиеся разным временем формирования и устойчивостью к изменениям факторов среды. Полевые методы диагностики параметров водного режима позволяют сформулировать гипотезы об особенностях поведения влаги в пределах почвенного профиля, которые в дальнейшем могут быть подтверждены или опровергнуты в результате лабораторных методов диагностики, режимных наблюдений, физико-математического моделирования. В частности, на основании стандартного полевого описания почв возможно выделение зоны наибольшего влагооборота, областей почвенного профиля, для которых характерен постоянный и периодический застой влаги, определение уровня залегания капиллярной каймы. Глинистые кутаны, ходы корней и почвенных животных маркируют пути преимущественных потоков. Лабораторные методы диагностики направлены на оценку количественного соотношения гидрологических процессов в почве; в основном, они позволяют охарактеризовать источник, продолжительность и интенсивность периода переувлажнения. Критерий Швертмана является наиболее часто используемым аналитическим индикатором диагностики переувлажненных почв, возможность и эффективность использования которого показана для широкого спектра почв. Верификация результатов гидрологического моделирования по свойствам почв потенциально возможна для процессов нисходящего и бокового стока, физического испарения влаги, транспирации, эвапотранспирации и капиллярного подъема.

Ключевые слова: гидрология почв, переувлажнение почв, имитационное гидрологическое моделирование, почвенные новообразования, глей

 

 

Биология почв

 И. В. Евдокимов, Н. В. Костина, С. С. Быховец, А. В. Кураков Активность выделения СО2, азотфиксации и денитрификации при разложении крупных древесных остатков ели обыкновенной в южной тайге // Почвоведение. 2023. № 3. С. 370-379. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600949

В инкубационных экспериментах с крупными древесными остатками (КДО) растений ели обыкновенной (Picea abies L.), имеющих одну из пяти стадий разложения, и гумусового горизонта дерново-подзолистой почвы (Retisol) определена активность выделения СО2, азотфиксации, денитрификации, а также оценено физиологическое состояние сообщества микроорганизмов-деструкторов в зависимости от стадии разложения КДО. Образцы КДО пяти стадий разложения и почвы отбирали на экспериментальных площадках Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника (Тверская область). Максимальные размеры эмиссии СО2 при разложении КДО были связаны со стадиями разложения III и IV. Для этих же стадий характерны максимальные величины таких важных показателей активности микробного сообщества КДО и почвы, как субстрат-индуцированное дыхание (СИД, 50 мкг С–СО2/г/ч), доля легкоразлагаемого органического С в органическом веществе (А1, 66%) и метаболический коэффициент qCO2 (0.78). В отличие от эмиссии СО2, максимальная активность азотфиксации наблюдалась на более ранней стадии II. Величины активности азотфиксации и денитрификации свидетельствуют о постепенном и сложно регулируемом процессе перехода на протяжении стадий II, III и IV от свойств бактериальных и грибных сообществ КДО к таковым в почве. Резкий переход (более чем троекратное уменьшение) наблюдается только для соотношения C : N в КДО между стадиями разложения III и IV. Хотя на последней стадии разложения V эмиссия СО2 существенно уменьшается, органическое вещество КДО отличается меньшей устойчивостью, чем ОВ дерново-подзолистой почвы

 

Pei, M. Yin, Q. H. Li, Y. F. Zhang, Y. Zhong, X. Chen, Y. P. Zhang, B. Huang, and Z. Ren ''Diversity and Community Structure of Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) in the Rhizospheric Soil of Panax notoginseng in Different Ages,'' Eurasian Soil Science, (), 330-340 (). https://doi.org/10.1134/S1064229322602189

To clarify the influence of planting year on the characteristics of colonization of the roots of Panax notoginseng by arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and rhizospheric soil AMF diversity. In this study, the roots and rhizospheric soil of one-, two- and three-year-old Panax notoginseng were used as experimental materials, and the level of AMF colonization and the density of spores in the rhizospheric soil of Panax notoginseng roots were determined by microscopic morphological observation. The diversity and community structure of AMF in the rhizospheric soil of Panax notoginseng were analyzed by Illumina high-throughput sequencing technology, and the influence of rhizospheric soil of Panax notoginseng physicochemical properties on the diversity and relative abundance of AMF was further revealed by the application of redundancy analysis and a Spearman correlation coefficient. In this study, 99 AMF OTUs were detected in the rhizospheric soil of Panax notoginseng, exclusion of non-categorization, which belonged to one class, four orders, six families and seven genera. Among them, the number of AMF OTUs in the rhizospheric soil of three-yearold Panax notoginseng was significantly higher than that in the rhizospheric soils of one- and two-year-old Panax notoginseng. Although there was no significant difference in the parameters of AMF colonization in the roots of Panax notoginseng of different ages, the diversity of AMF in the rhizospheric soil tended to increase in parallel with the planting years. Glomus was the dominant genus of AMF in the rhizospheric soils of Panax notoginseng of different ages, and its abundance increased with the increase of planting years. A partial least squares-discriminant analysis showed that continuous cropping could significantly change the community structure of AMF in the rhizospheric soil of Panax notoginseng. The results of a correlation analysis showed that in the rhizospheric soil of Panax notoginseng, the organic matter content negatively correlated with AMF diversity and abundance and significantly positively correlated with the abundance of Glomus. Compared with other years, the species abundance of AMF in the rhizospheric soil of three-year-old Panax notoginseng increased, and the community structure changed significantly.

Keywords: AM fungal diversity, chinese herbal medicine, continuous cropping, soil physical and chemical properties

 

Минералогия и микроморфология почв

О. О. Плотникова, М. П. Лебедева, П. Р. Цымбарович, В. А. Девятых Микроморфологическая характеристика почв солонцового комплекса (Джаныбекская равнина) // Почвоведение. 2023. № 3.  С. 380-392. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601128

Проведен сравнительный анализ физико-химических и микроморфологических свойств в образцах 1968 г. отбора из целинных почв сухостепного солонцового комплекса как исходной точки в хроноряда с 1968 по 2022 гг. Исследование климатических параметров за период 1914–1968 гг. показало, что за 54 года, предшествующие отбору образцов, почвы развивались в относительно стабильных климатических условиях. Анализ свойств почв позволил выявить, что на практически ровном участке при перепаде высот всего в 3.6 см на расстоянии 229 см почвы существенно различаются по глубине и степени засоления, степени солонцеватости, микроформам и содержанию органического вещества, наличию и количеству глинистых кутан, свидетельствующих о степени подвижности тонкодисперсного вещества. Результаты настоящего исследования подтверждают описанные в многочисленных исследованиях закономерности перераспределения влаги на этой территории даже при очень малых перепадах высот. На основании комплекса имеющихся показателей почвы микрокатены относятся к разным таксономическим единицам. Почву нижней части микросклона по Классификации почв СССР (1977) можно отнести к светло-каштановым, по международной классификации WRB (2015) – к Haplic Kastanozem (Loamic). Почвы в средней и верхней частях микрокатены с высоким содержанием обменного натрия и наличием глинистых кутан по Классификации почв СССР (1977) относятся к солонцам, по WRB (2015) – к почвенной реферативной группе Solonetz.

Ключевые слова: климат, Прикаспийская низменность, остепняющийся солонец, эволюция почв, генезис почв

 

 

Агрохимия и плодородие почв

Д.Л. Пинский, П.А. Шарый, С.С. Манджиева, Т.М. Минкина, Л.В. Переломов, А.Н. Мальцева, Т.С. Дудников Влияние состава и свойств почв и почвенно-песчаных субстратов, загрязненных медью, на морфометрические показатели растений ячменя // Почвоведение. 2023. № 3. С. 393-404. https://doi.org/10.31857/S0032180X2260113X

В многофакторном вегетационном эксперименте изучено влияние состава и свойств почв и почвенно-песчаных субстратов, загрязненных различными дозами ацетата меди, на морфометрические показатели проростков ярового ячменя. Показано, что всхожесть и энергия прорастания семян, а также длина корней, надземной части и сухая биомасса растений сложным образом зависят от концентрации Cu в почвах и субстратах, а также их буферности по отношению к тяжелым металлам. Установлено наличие двух механизмов влияния Cu на развитие растений: метаболического при СCu ≤ 500 мг/кг почвы и диффузионного при СCu ≥ 500 мг/кг. Методами регрессионного анализа экспериментальных данных получено уравнение множественной регрессии, объединяющее морфометрический показатель растений, концентрацию Cu в субстратах и буферность почв по отношению к Cu. На его основе в координатах буферность почв–концентрация Cu на плоскости построена линия значений предельно допустимых концентраций Cu в почвах в диапазоне от 17 до 2047 мг/кг, позволяющая отделить зону допустимого развития растений ячменя (уменьшение морфометрического показателя на 15%) от зоны превышения принятого значения предельно допустимой концентрации Cu. Таким образом, предельно допустимая концентрация рассматривается не как фиксированная величина, а как функция концентрации Cu, буферности почв по отношению к тяжелым металлам и виду растения.

Ключевые слова: буферность почв к тяжелым металлам, многофакторный эксперимент, морфометрические параметры, предельно допустимая концентрация

 

Дубровина И. А. Изменение фосфатного режима почв средней тайги при применении биоугля // Почвоведение. 2023. № 3. С. 405-414. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601116

В лабораторных экспериментах исследовали влияние древесного биоугля (biochar) на содержание различных форм фосфатов на почвах с разной обеспеченностью фосфором. В работе использовали почвы среднетаежной подзоны Карелии – агрозем альфегумусовый иллювиально-железистый песчаный (Umbric Podzol) и агрозем текстурно-дифференцированный типичный тяжелосуглинистый (Umbric Retisol). В опытах изучали влияние биоугля двух фракций: 3–5 и ≤2 мм в количестве 2 и 5% от массы почвы на показатель рНKCl, содержание подвижного и общего фосфора, фракционный состав фосфатов (метод Чанга–Джексона), общую фосфатазную активность почвы, а также эффект раздельного и совместного применения биоугля и удобрения (азофоски) на содержание подвижного фосфора в вегетационном опыте с ячменем яровым. Выявили, что в агроземе альфегумусовом биоуголь достоверно повышал содержание подвижного фосфора на 20–40%, увеличивал содержание фракции Ca-фосфатов, алюмофосфатов и рыхлосвязанных фосфатов, а также усиливал активность фосфатазы. В вегетационном опыте отмечено более высокое содержание P2O5 в вариантах с биоуглем ≤2 мм, с удобрением и достоверное взаимное влияние факторов биоугля и удобрения. В агроземе текстурно-дифференцированном биоуголь увеличивал содержание подвижного фосфора на 2–6%, повышал содержание Ca-фосфатов и рыхлосвязанных фосфатов (с биоуглем ≤2 мм в 5% дозировке) и не оказывал существенного влияния на активность фосфатазы. В вегетационном опыте достоверное влияние оказывало лишь сочетание биоугля ≤2 мм и удобрения. В целом наиболее заметный эффект практически на все исследованные показатели оказывала фракция биоугля ≤2 мм в 5%-ной дозировке. Применение биоугля приводило к статистически значимому увеличению значений рНKCl и не влияло на содержание валового фосфора в обеих почвах. Больший эффект биоуголь оказывал на фосфатный режим почвы легкого гранулометрического состава с изначально более низким рН и меньшим содержанием подвижного и валового фосфора.

Ключевые слова: биоуголь, подвижный фосфор, валовый фосфор, фракционный состав минеральных фосфатов, фосфатаза, модельный эксперимент, Umbric Podzol, Umbric Retisol

 

Samrat Ghosh, Dinesh Kumar Benbi ''Impacts of Cropping Systems on Soil Aggregates and Associated Carbon and Nitrogen Storage in Four Entisols of Different Antecedent Carbon Levels,'' Eurasian Soil Science,  (), 372-387 (). https://doi.org/10.1134/S1064229322601524

The impact of cropping systems on soil aggregation and associated carbon (C) and nitrogen (N) stabilization in relation to soil’s antecedent C level has not been well addressed, which is essential for prioritization of agricultural soils for C and N sequestration. In this background, the present study investigated the influence of maize-wheat (MW) and soybean-wheat (SW) cropping systems and continuous fallow (CF) on soil aggregation and associated C and N storage in four soils of same type and texture (sandy loam textured Typic Ustorthents) but different antecedent C levels: a low-C soil (Soil 1, 5.6 g C kg–1), two medium-C soils (Soil 2, 9.0 g C kg–1 and Soil 3, 9.6 g C kg–1) and a high-C soil (Soil 4, 12.9 g C kg–1). While in low-C soil, MW outperformed the SW in increasing aggregate mean weight diameter (MWD) by 13% and C and N preservation capacities of macroaggregate fractions by 5–52%; in medium-C soils, the opposite occurred where SW showed 4–9% increased MWD and 8–76% increased C and N preservation capacity over MW. Contrarily in high-C soil, the two cropping systems behaved similarly; these decreased the aggregate MWD by 6–10% and the macroaggregate-preserved C and N by 8–39% compared to the CF. Changes in macroaggregate C and N storage were significantly related to bulk soil C and N levels (R2 = 0.65–0.85, p < 0.05). Conclusively, the selection of cropping systems to improve aggregate C and N storage must preconsider the antecedent soil C level; because the magnitude and direction of cropping impacts on C and N storage depend on soil’s antecedent C level. For a greater physical stabilization of sequestered C and N, in the Entisols of northwest India, MW and SW may be promoted to low- and medium-C soils, respectively.

Keywords: Entisol, carbon sequestration, soil organic carbon, soil nitrogen, soil carbon pools, carbon stabilization

 

Деградация, восстановление и охрана почв

Tohumcu, A. Aydin, and U. Simsek ''The Effects of Organic Wastes Applied to Alkaline Soils on Some Physical and Chemical Properties of the Soil,'' Eurasian Soil Science, (), 388-404 (). https://doi.org/10.1134/S1064229322601512

In this study, by applying sewage sludge (SS), farmyard manure (FYM), and municipal solid waste compost (MSWC) to alkaline soils is aimed at improving the physical and chemical properties of the soils. The research was carried out for 2 years in 48 plots, 3 organic wastes, 5 doses, 3 control and 3 replications, according to a completely random trial design in field conditions. Wastes were applied in the first year of the study, and silage corn plants were grown for two years. Some physical and chemical properties of the soils were determined in the soil samples taken at the end of the vegetation period, and according to these results, the soil bulk density (BD), pH, and exchangeable sodium percent (ESP) values decreased, soil organic matter content (SOM), aggregate stability (AS), hydraulic conductivity (HC), and air permeability (AP) increased depending on the waste types and doses. According to the initial soil analysis results of the experimental area, while the ESP was determined as 18.44%, the lowest ESP was determined as 6.59% in a 125 t/ha SS application in the second year of the experiment, and the alkalinity problems of the soils were resolved according to the soil salinity classification. It was concluded that the application of organic wastes with high organic matter content to alkaline soils can be used to reclamation alkalinity by improving the physical and chemical properties of soils.

Keywords: Sewage sludge, farmyard manure, municipal solid waste compost, soil reclamation

Скачать

                                                                                                                                     Почвоведение №4, 2023

Генезис и география почв

Е. В. Жангуров, Ю. А. Дубровский, М.А. Королёв, Е. В. Шамрикова Почвы горной катены хребта Рай-из (Полярный урал) // Почвоведение. 2023. № 4. С. 417-432. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601256

На основе профильно-генетического подхода проведена диагностика и определено классификационное положение ранее малоизученных почв лиственничных редколесий, горных тундр и пояса холодных гольцовых пустынь Полярного Урала, сформированных в различных геоморфологических условиях. Дана морфологическая, физико-химическая и химическая характеристика исследуемых профилей почв, сформированных на породах основного и ультраосновного составов. Выявлено, что основной фон почвенного покрова под лиственничниками составляют подбуры оподзоленные и иллювиально-гумусовые. Обе почвы по WRB-2015 являются Entic Podzol (Skeletic). Показано, что в условиях горных тундр сформированы глееземы перегнойные окисленно-глеевые или Reductaquic Gleysol (Thixotropic) и серогумусовые почвы или Skeletic Phaeozem. В экстремальных условиях почвообразования пояса холодных гольцовых пустынь (900–1033 м над ур. м.) локальные площади занимают различные подтипы глееземов, Reductaquic Gleysol и Turbic Gleysol (Abruptic). Установлено, что поверхностное, преимущественно напочвенное поступление растительного опада, медленная его минерализация обусловливают формирование грубогумусовых верхних горизонтов с широким молекулярным отношением C/N.

Ключевые слова: высотная поясность, диагностические горизонты, Larix sibirica, почвообразующие породы, криолитозона

 

Химия почв

В.Г. Мамонтов, В.И. Лазарев, В.О. Рыжков, С.А. Беляева Влияние бессменных культур и парования на термические и оптические свойства чернозема типичного // Почвоведение. 2023. № 4. С. 433-442. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601153

С помощью термического метода и ИК-спектроскопии изучен гумусово-аккумулятивный горизонт А чернозема типичного мощного различного землепользования. Согласно полученным данным, органическое вещество чернозема состоит преимущественно из слаботермоустойчивых алифатических соединений типа полисахаридов. Об этом свидетельствуют потеря массы в низкотемпературной области, варьирующая в пределах 68.15–71.54%, и интенсивная полоса поглощения при 1083 см–1, определяющая облик ИК-спектров чернозема. Под влиянием экстенсивного сельскохозяйственного использования произошла минерализация лабильных алифатических соединений и увеличение в составе органического вещества чернозема устойчивых циклических структур. На это указывает уменьшение коэффициента Черникова–Кончица Z от 3.16 до 2.47–2.73 и интенсивности большинства полос поглощения на ИК-спектрах. Самое заметное негативное влияние на органическое вещество чернозема типичного оказал бессменный пар.

Ключевые слова: термический анализ, ИК-спектроскопия, алифатические соединения, циклические структуры, полисахариды, Haplic Chernozem (Loamic, Pachic)

 

Физика почв

Т.А. Архангельская, Е.В. Телятникова Температуропроводность торфо-песчаных смесей с разным соотношением торфа и песка // Почвоведение. 2023. № 4. С. 443-449. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601244

Исследована температуропроводность просеянного карьерного песка с преобладанием фракции 0.05–0.25 мм, низинного пакетированного торфа, а также их смесей. Песок смешивали с торфом в различных долевых соотношениях; содержание торфа в смесях составляло от 1 до 80% по сухой массе. Песком, торфом и их смесями набивали металлические цилиндры высотой 10 см и диаметром 3.8 см. Измерения температуропроводности проводили в лаборатории, используя метод регулярного режима с рабочим интервалом температур 20–26°С. Измеряли скорость нагревания набивных образцов после помещения в жидкостный термостат с постоянной температурой воды. Для каждого образца проводили серию измерений при пошаговом изменении влажности от максимальной после капиллярного насыщения до минимальной при воздушно-сухом состоянии. Зависимость температуропроводности от влажности для торфа оказалась почти линейной, для песка это была кривая с максимумом. Наиболее низкая температуропроводность получена для торфа и смесей с низким содержанием песка; наиболее высокая – для чистого песка. При изменении влажности в исследованном диапазоне температуропроводность разных образцов менялась в 1.3–2.8 раза. Выявлен нелинейный характер зависимости температуропроводности от содержания торфа в образцах. Небольшие добавки торфа к песку приводили к заметному снижению температуропроводности смеси; небольшие добавки песка к торфу практически не влияли на температуропроводность. Температуропроводность изученных субстратов увеличивалась с увеличением плотности образцов и содержания песка; уменьшалась с увеличением содержания органического вещества.

Ключевые слова: пескование, торфование, почвенные конструкции, метод регулярного режима

 

Г. В. Матышак, С.В. Чуванов,О. Ю. Гончарова, В. А. Трифонова, М. В. Тимофеева, А.В. Исаева, М. О. Тархов Влияние влажности на эмиссию СО2 из почв бугристых торфяников севера Западной Сибири // Почвоведение. 2023. № 4. С. 450-463. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600810

Изучено влияние влажности торфяных почв, развивающихся в условиях прерывистой криолитозоны севера Западной Сибири (Надымский район, ЯНАО), на эмиссию CO2. Эмиссию СО2 почвами плоскобугристых торфяников и окружающих их ложбин исследовали ежегодно в августе в течение 4 лет в полевых условиях методом закрытых камер. Несмотря на существенную разницу во влажности почв, в среднем 34.8 ± 13.2 на плоскобугристом торфянике и 56.2 ± 2.1% в ложбине, достоверных отличий эмиссии CO2 между этими экосистемами не обнаружено ни в один из годов наблюдений, в среднем 199.1 ± 90.1 и 182.1 ± 85.1 мг CO2 м–2 ч–1 соответственно. Экспериментальное увлажнение или осушение, более чем в 2 раза, участков торфяных почв методом трансплантации не оказало достоверного влияния на эмиссию CO2 даже спустя 3 года после начала эксперимента. Отсутствие достоверных различий эмиссии CO2 между значительно отличающимися по влажности экосистемами и экспериментами объясняется наличием многолетнемерзлых пород и действием большого количества разнонаправленных факторов, нивелирующих возможные изменения в продукции СО2 почвами. Повышенная эмиссия СО2 из почв ложбин возможна за счет дополнительного вклада метанотрофного фильтра, а также латерального стока растворенного CO2 по поверхности мерзлоты с плоскобугристых торфяников, окружающих ложбины. Отсутствие отклика эмиссии СО2 на значительное изменение влажности может говорить о широком оптимуме этого параметра для микробиологической активности в торфяных почвах региона исследований. Полученные данные свидетельствуют, что при исследовании криогенных почв заболоченных ландшафтов необходимо, помимо собственно биогенных источников, учитывать дополнительные факторы, часто физического характера, меняющие баланс потоков и эмиссию СО2.

Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, климатические изменения, торфяные почвы (Cryic Histosol, Fibric Histosol), почвенное дыхание, влажность почв

 

Chunming Chi Two novel models to describe the entire soil water retention curve // Eurasian Soil Science, 56 (4), - (2023). https://doi.org/10.1134/S1064229322602360

Two models are proposed to describe the entire soil water retention curve from saturation to zero water content. Each model has only three parameters, thus being simple and easy to apply. The first model takes pF (pF is a logarithm of matric suction measured in cm) and the second model takes the matric suction (h) as the independent variable. The SWRCs fitted by the two models are in good agreement with measured retention data. The fitting results of the SWRCs of the two models for clay soils are better than those for sandy soils. This may be because the pore-size distribution of clay soil is more consistent with the lognormal distribution law than that of sandy soil in this study. Further, the first model is better than the second model for representing the entire SWRC because the first model describes the logarithmal rule of the soil pore-size distribution better than the second model.

Keywords: all matric suctions, saturated soil water content, zero water content, field capacity, oven dryness

Биология почв

А. В. Кураков, Е. Н. Биланенко Динамика микобиоты при компостировании коровьего навоза и соломы // Почвоведение. 2023. № 4. С. 464-481. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601542

Проведено исследование динамики микобиоты при компостировании коровьего навоза и соломы пшеницы с применением ДНК-баркодинга и культурального метода. C помощью ДНК-баркодинга были обнаружены грибы отделов Ascomycota, Basidiomycota, Mortierellomycota, Chytridiomycota, Rozellomycota, Aphelidiomycota. Культуральный метод (посев) выявил Ascomycota, Basidiomycota, Mucoromycota. Все порядки грибов, установленные методом посева, за исключением Saccharomycetales в Ascomycota и Mucorales в Mucoromycota, были обнаружены и с помощью ДНК-баркодинга, но последним и многие другие. Совпадение видов, выявленных обоими методами, было единичным. Прослежены изменения в числе колониеобразующих и операционно-таксономических единиц таксонов разного уровня при трансформации навоза с соломой в компост. ДНК-баркодинг позволил полнее выявить изменения таксономической и эколого-трофической структуры грибного сообщества при компостировании навоза и соломы. Они выражаются в существенном увеличении представленности базидиомицетов, особенно Coprinus spp., Coprinellus spp., в компосте, способных к трансформации лигнина, сложных органических веществ навоза, и снижении доли доминирующих в исходных субстратах обильно спороносящих “сахарных” и целлюлозолитических аскомицетов: Sordariomycetes в навозе и Dothideomycetes в соломе. При компостировании произошли значимые перестройки в составе копрофильных, эпифитных и фитопатогенных грибов. Обсуждаются значение токсинообразующих, аллергенных и термофильных видов грибов, представляющих опасность для здоровья человека, возможности оценки готовности компоста для внесения в почву в качестве биоудобрения с учетом данных по микобиоте.

Ключевые слова: грибы, компост, таксономическая структура, сообщества, эколого-трофические группы, базидиомицеты, ДНК-баркодинг, метагеномные подходы

Агрохимия и плодородие почв

В. М. Cеменов, Т. Н. Лебедева, Н. Б. Зинякова, Д. А. Cоколов Размеры и соотношения пулов органического углерода в серой лесной почве при многолетнем применении минеральных и органических удобрений // Почвоведение. 2023. № 4. С. 482-501. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601426

Почвенное органическое вещество предложено подразделять на структурные и процессные пулы. К структурным пулам отнесены твердые органические частицы (Particulate Organic Matter, CPOM) и минерально-связанное органическое вещество (Mineral-Associated Organic Matter, CMAOM), а к процессным пулам – микробная биомасса (Cмик) и потенциально-минерализуемое органическое вещество (C0). Исследования проводили в многолетнем микрополевом опыте на серой лесной почве (Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic)). Ежегодно на протяжении 9 лет применяли минеральные (N 90–360, P2O5 75–300 и K2O 100–400 кг/га) и органические (свежий навоз крупного рогатого скота от 25 до 100 т/га) удобрения в возрастающих дозах. Прирост запасов органического углерода (Сорг) в почве от NPK и навоза составил 5–10 и 38–83% соответственно. Внесение экстремальных доз навоза (от 700 до 900 т/га за 9 лет) вело к насыщению почвы органическим углеродом. Размеры пулов ПОВ уменьшались в последовательности СМАОМ > СРОМ > С0 > Смик, составляя 7.91–12 г/кг (50–84% от Сорг), 0.76–12 г/кг (8–50%), 0.32–1.71 г/кг (2.8–13.7%) и 0.09–0.56 г/кг (0.8–3.7%) соответственно. Размеры пула СРОМ зависели в основном от дозы минеральных и органических удобрений, а СМАОМ – от длительности применения удобрений. Пулы Смик и С0 увеличивались с повышением дозы навоза и уменьшались с ростом доз NPK. Многолетнее применение навоза не давало кумулятивного накопления С0 в почве. Подчеркивается, что выделение структурных и процессных пулов может быть использовано в мониторинге качества и функций почвенного органического вещества.

Ключевые слова: почвенное органическое вещество, Сорг, секвестрация органического углерода, органическое вещество твердых частиц, POM, минерально-связанное органическое вещество, потенциально-минерализуемое органическое вещество, C0, микробная биомасса, Cмик

 

Kaining Sun, Jianfeng Zhang, Weihua Zhang, Wei Zhou, and Junfeng Wang ''Characteristics of Soil Salinity in Representative Plastic Shed Vegetable Production Areas in Shandong Province, China,'' Eurasian Soil Science,  56 (4), - (2023).. https://doi.org/10.1134/S1064229322601895

Plastic shed vegetable (PSV) cultivation has become an important vegetable production system in China, which accounts for about 1/4 of the total vegetable production of China. Shandong is the largest facility vegetable growing area in China. Continued years of high-input, high-output planting methods have brought some problems to the surrounding environment. Salinization has not only affected the soil and groundwater environment, but also the growth of vegetables. A comprehensive understanding of soil salinization in plastic shed vegetable fields is important for the sustainable development of the vegetable farming industry. In this paper, random survey sampling was used to collect soil samples from representative PSV production areas in Shandong Province, and the soil salinization status, acidification status, salt ion composition, and the main causes of soil salinity were studied in the survey area. Our study found that the salinized soils (mild, moderate, and severe levels) in the surveyed areas accounted for 40% of the total samples, and the total soluble salt (TSS) increased with the increase of the planting years. After continuous planting for 10 years, the soil pH showed a downward trend, indicating that salinization and acidification occurred simultaneously. A significant positive correlation was observed between TSS and soil organic matter (SOM) (r = 0.4773**). Principal component analysis found that  Ca2+, K+, Mg2+, and Na+ had higher positive loads on principal component 1, the factor loads were 0.557–0.927, and the contribution rate reached 34.928%. Correlation analysis also showed that TSS was positively correlated with the concentrations of these ions (P < 0.01). The soil salinization status should be closely monitored and regulated by regulatory authorities to improve environment and soil health through balanced fertilization, thereby improving the yield and quality of vegetables.

Keywords: greenhouse, total soluble salt, soil organic matter, chemical fertilizer

 

Peng Lai, Farhan Nabi, Hong Chen, Changkun Zhao, Guotao Yang, Ting Chen, Cheng Liang, Youlin Peng, Xuechun Wang, Yungao Hu ''The Long-Term Straw Returning to Paddy Land Altered the Soil Phosphate Fractions and Composition of Microbial Communities,'' Eurasian Soil Science,  56 (4), - (2023). https://doi.org/10.1134/S1064229322602207

Straw returning is an effective practice for improving soil quality and increasing soil nutrients. However, the effect of straw returning on soil phosphate fractions and phosphate-solubilizing microorganisms (PSM) needs to be clarified. Here, we studied the variation of soil properties, soil phosphate fractions, and microbial communities at 0–40 cm soil layer under four treatments (S0 (0 kg/ha straw), S1 (3000 kg/ha straw), S2 (6000 kg/ha straw), and S3 (9000 kg/ha straw)). Soil properties were measured by conventional methods; soil phosphate fractions were measured by the Bowman-Cole method, and soil microbial communities were determined by high-throughput sequencing. The results showed that total phosphorus (TP), total organic phosphorus (TOP), and total inorganic phosphorus (TIP) increased by 16.16–59.52, 53–73.4, and 18.7–45.54% in S1, S2, and S3 compared to S0. The Chao1 (community richness) and Shannon (community diversity) index of bacteria and fungi were significantly higher in S1, S2, and S3 treatments than in S0. Redundancy analysis (RDA) results showed that the contribution of TOP, TIP, and soil organic matter (SOM) to the relative abundance of microbes were 84.20–94.80, 83.20–94.40, and 89.20–94.10%, respectively, which was significantly higher than that of other soil variables (field moisture capacity (FMC), soil porosity (SP), soil bulk density (SBD), pH, electrical conductivity (EC), cation exchange capacity (CEC), residual phosphorus (RP), TP, available phosphorus (AP)). Overall, long-term straw returning can alter the soil phosphate fractions by improving TOP, TIP, and SOM contents, thus effectively enhancing the abundance of soil microorganisms in 0–40 cm soil, especially the abundance of PSM in the surface soil.

Keywords: phosphorus forms, phosphate-solubilizing microorganisms (PSM), phosphate solubilization, soil properties

 

Деградация, восстановление и охрана почв

И. Н. Семенков, А. В. Шараповаа, С.А. Ледневa, Т.В. Королеваa Фракционный состав соединений марганца в верхнем почвенном слое зон воздействия террикона угольной шахты (Среднерусская лесостепь) // Почвоведение. 2023. № 4. С. 502-509. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601190

Для анализа трансформации фракционного состава соединений Mn в почвах зон воздействия терриконов сульфидсодержащих пород Тульской области на 11 точках исследованы гранулометрический состав, величина рН, удельная электропроводность водной вытяжки, концентрация Сорг и трех подвижных форм металла. Средне-, тяжелосуглинистые токсилитостраты (Technosols) незадернованной поверхности террикона с преимущественно очень кислой реакцией среды (рН до 3.7) часто имеют сульфатное засоление, удельная электропроводность водной вытяжки 1 : 5 достигает 2 дСм/м. Сернокислые стоки и твердофазное вещество с террикона образуют делювиально-пролювиальные шлейфы, которые погребают высокопродуктивные черноземы. В наиболее токсичном незадернованном субстрате подвижность Mn – суммарная доля трех подвижных форм от валового содержания – составила 2–4%, в задернованном токсичном субстрате (Regosols over Phaeozems) и погребенном горизонте AUx черноземов – 20–40%, горизонте AU незагрязненного чернозема (Chernozems) приближалась к 100%. По показателям фракционного состава соединений Mn незадернованные почвы шлейфов близки к токсичным субстратам террикона, а задернованные почвы шлейфа приближаются к фоновым черноземам. Предположительно за счет влияния растительности в задернованном субстрате значимо больше (p < 0.05) содержание подвижных соединений Mn. Поступление сернокислых растворов в горизонт AUx черноземов уменьшает содержание подвижных соединений и валового Mn.

Ключевые слова: объекты накопленного вреда, потенциально токсичные элементы, темноцветные почвы (black soils), черноземы (Chernozems), токсичные техногенные поверхностные образования (Technosols), фракционирование, угледобыча, загрязнение почв

 

М.М. Иванов, Н.Н. Иванова Экспресс-анализ вертикального распределения 137Cs в почве для оценки темпов эрозионно-аккумулятивных процессов в зоне интенсивного радиоактивного загрязнения // Почвоведение. 2023. № 4. С. 510-520. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601104

Полевая гамма-спектрометрия в условиях интенсивного радиоактивного загрязнения показала высокую эффективность при изучении проявлений эрозионно-аккумулятивных процессов и вызванной ими трансформации поля загрязнения. Целью представленной работы является оценка применимости компактных и широкодоступных гамма-детекторов для экспресс-анализа вертикального распределения 137Cs чернобыльского происхождения в почве и толщах наносов для определения мощности слоя аккумуляции за постчернобыльский период. В качестве объекта исследования были выбраны почвы и аккумулятивные толщи разного происхождения, сформированные в пределах “Плавского радиоактивного пятна” в южной части Тульской области. Можно заключить, что сравнительной экономичности и быстроте проведения измерения в заданных условиях возникают существенные искажения. Путем сопоставления получаемого вертикального распределения скорости счета гамма-квантов и реального распределения запасов 137Cs установлены систематические искажения, ограничивающие применимость предлагаемой схемы измерений. Рассмотрены основные перспективы дальнейшего применения методики экспресс-анализа вертикального распределения 137Cs в почве при сравнительно высоких концентрациях радионуклидов.

Ключевые слова: радиоцезиевый метод, Плавское радиоактивное пятно, Тульская область, Luvic Chernozems

Скачать

                                                                                           

                                                             

                                                                Почвоведение №2, 2023

Генезис и география почв

Р. В. Десяткин, С. Н. Лесовая, М.В. Оконешникова, A.З. Иванова, Н.В. Платонова Мерзлотные почвы бассейна р. Алазея: свойства, минералогический состав и классификация // Почвоведение. 2023. № 2. С. 131-142. https://doi.org/10.31857/S0032180X2260086X

Изучены физико-химические свойства и специфика профильного распределения глинистых минералов в слабодифференцированных почвах в пределах Колымской низменности. Почвы сформированы в условиях холодного, ультраконтинентального климата. Объекты исследования заложены с учетом разнообразия ландшафтной структуры обширной приморской низменной равнины: на полосе маршевого луга, на северных равнинах с ледовым комплексом приозерных аласных лугов, в зональных типичных северо-таежных редколесьях. Несмотря на характерную для высоких широт слабую активность процессов выветривания в почвах отмечены результаты современного выветривания минералов – наличие вермикулита в кислых горизонтах почв аласа и межаласного комплекса и гидроксида железа – лепидокрокита в почве маршевого луга. Показано, что в соответствии с профильно-генетическим подходом национальной классификации, классификационная принадлежность криозема, расположенного в редколесье, не вызывает сомнений. Однако дальнейших разработок и уточнений требует классификация слабодифференцированных и в различной степени огленных мерзлотных почв, расположенных в ландшафтах, относимых к интразональным, – приморских маршевых лугов и аласов.

Ключевые слова: криогенные почвы, глинистые минералы, лепидокрокит, почвы зональных, интразональных ландшафтов

М. И. Герасимова, Т. В. Ананко, Д. Е. Конюшков, Н. В. Савицкая Агрогенные почвы на обновленной версии почвенной карты России масштаба 1:2.5 млн: классификационное разнообразие и положение в почвенном покрове // Почвоведение. 2023. № 2. С. 143-153. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600846

Измененные земледелием (агрогенные) почвы обычно не входят в содержание мелкомасштабных

почвенных карт, в том числе Почвенной карты Российской Федерации масштаба 1 : 2.5 млн (1988). Одним из элементов ее обновления, проводимого в Почвенном институте им. В.В. Докучаева, является введение в содержание карты агрогенных почв и перевод в них части природных почв. Природные почвы были предварительно интерпретированы в формате классификации почв России. К агрогенным почвам отнесены типы агропочв разных отделов и типы почв отдела агроземов, различающиеся наличием или отсутствием диагностических горизонтов между пахотным и срединным (или породой) соответственно. Агрогенные почвы выделены в ранее определенных ареалах пахотных земель, наложенных на почвенную карту. Классификационная интерпретация распаханных исходно природных почв проведена с соблюдением определенных правил. Всего получено 114 единиц легенды агропочв и агроземов, за счет разнообразия исходных природных почв и их агрогенных модификаций. Агрогенные почвы на обновленной карте отмечены в 4813 из 25711 полигонов карты. По разнообразию агропочв, как и по числу полигонов с их участием, выделяются черноземы. В отделе текстурно-дифференцированных почв много агрогенных почв, как агропочв, так и агроземов. Пахотные почвы отдела альфегумусовых почв немногочисленны и представлены исключительно агроземами альфегумусовыми. Количество полигонов с участием агрогенных почв и их доля в почвенном покрове иллюстрируют географические закономерности их размещения, в частности однородность или мозаичность ареалов агрогенных почв разных отделов.

Ключевые слова: классификация почв России, отделы, агропочвы, агроземы, атрибутивная база данных карты, состав картографических единиц, текстурно-дифференцированные почвы, черноземы

Химия почв

 

М. И. Пятова, И. И. Толпешта, Ю. Г. Изосимова, М. М. Карпухин, Н. Ю. Барсова Качественная оценка вклада различных компонентов в адсорбцию Cu(II) аллю-виальной дерново-глеевой почвой // Почвоведение. 2023. № 2. С. 154-169. https://doi.org/10.31857/S0032180X22700022

С использованием приема последовательного удаления различных видов сорбирующих компонентов, представленных органическим веществом, несиликатными соединениями железа и глинистыми минералам проведена качественная оценка вклада этих компонентов в адсорбцию Cu(II) аллювиальной дерново-глеевой почвой в условиях лабораторных равновесных экспериментов. Установлено, что вклад каждого из компонентов определяется как способностью к образованию поверхностных внутрисферных комплексов на рН-зависимых позициях, так и доступностью сорбционных центров в местах локализации постоянного заряда глинистых минералов. В горизонте AY основными компонентами, сорбирующими Cu(II), являются органическое вещество и несиликатные соединения железа, а в горизонтах ABg и BDg основной вклад в адсорбцию Cu(II) в условиях проведения эксперимента вносят глинистые минералы. Основным механизмом адсорбции Cu(II) в горизонте AY является ионный обмен c H+ на функциональных группах органического вещества и поверхностных гидроксилах несиликатных соединений железа. В нижележащих горизонтах Cu(II) в основном сорбируется в результате ионного обмена с катионами, компенсирующими постоянный заряд кристаллических решеток глинистых минералов. Обработка почвы 10% H2O2 и реактивом Мера и Джексона приводит к изменению площади поверхности, качества и количества сорбционных центров, к трансформации кристаллических решеток глинистых минералов. Эти изменения должны учитываться при оценке вклада компонентов почвы в сорбцию ионов металлов.

Ключевые слова: механизмы адсорбции, тяжелые металлы, ионный обмен, поверхностные комплексы, несиликатные соединения железа, органическое вещество, глинистые минералы-Gleyic Umbrisols (Ruptic)

Г. А. Конарбаева, Е. Н. Смоленцева Фтор и йод в интразональных почвах Кулундинской равнины // Почвоведение. 2023. № 2. С. 170-183. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600792

Содержание и распределение фтора (F) и йода (I) изучено на примере четырех почв, расположенных в котловине оз. Кучукское в Алтайском крае. Почвенные разрезы заложены на различных элементах микрорельефа в пределах древней озерной террасы. Чернозем текстурно-карбонатный стратифицированный (Calcic Chernozem (Loamic, Areninovic, Bathyraptic)) расположен на микроповышении, солончак квазиглееватый (Calcic Solonchak (Loamic, Sulfatic, Humic)) – в микропонижении. К микросклону между этими почвами приурочены солонец темный квазиглееватый засоленный (Protosalic Solonetz (Loamic, Humic)) и чернозем текстурно-карбонатный квазиглеватый засоленный (Сalcic Gleyic Chernozem (Loamic, Endosalic)). Абсолютное превышение по высоте между черноземом и солончаком составляет 2 м. Определяли общее содержание галогенов и их подвижные формы: водорастворимую для F и солерастворимую для I. Содержание общего F в почвах в среднем составило 277.40 мг/кг (пределы варьирования 59.83–541.10 мг/кг), водорастворимого – соответственно 3.47 мг/кг (0.04–16.45 мг/кг). Установлено, что содержание общего F в сильной степени коррелирует с содержанием ила, карбонатов и водорастворимого натрия, а величина коэффициента корреляции зависит от типа почвы и ее положения в рельефе. Для водорастворимого F высокая положительная корреляция с аналогичными параметрами обнаружена для чернозема на микроповышении и солонца. Выявлено, что содержание общего I в почвах озерной террасы больше, чем в зональных, составляет в среднем 13.61 мг/кг почвы (5.27–15.21 мг/кг) и зависит от содержания ила и карбонатов. Влияния типа почвы и ее положения в микрорельефе на содержание общего I не выявлено. Среднее содержание солерастворимого I составляет 0.71 мг/кг (0.01–1.86 мг/кг). Для всех почв, кроме солончака, установлена взаимосвязь содержания Iсол с содержанием ила, карбонатов и водорастворимого натрия. Для солончака значимой корреляции между вышеназванными параметрами не установлено. Выявленную гетерогенность пространственного распределения F и и I в почвах озерных котловин необходимо учитывать региональные особенности этих галогенов.

Ключевые слова: галогены, засоленные почвы, чернозем (Chernozem), солонец (Solonetz), солончак (Solonchak), озеро Кучукское, Западная Сибирь

В. А. Голубцов, Ю. В. Вантеева, М. А. Бронникова, А. А. Черкашина, Т. И. Знаменская Состав стабильных изотопов углерода органического вещества буроземов предгорий хребта Восточный Саян // Почвоведение. 2023. № 2. С. 184-202. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600937

Оценка вариабельности состава стабильных изотопов углерода органического вещества буроземов актуальна для понимания реакции лесных почв на изменения условий педогенеза. Исследования проведены в предгорьях северо-восточного макросклона хр. Восточный Саян. Впервые установлено формирование здесь буроземов, являющихся одними из наиболее изотопно-легких почв Байкальского региона, что в наибольшей степени связано с благоприятными условиями увлажнения для растительности, формирующей их органическое вещество (величины δ13С доминирующих видов варьируют от –32.6 до –27.8‰). Для органического вещества поверхностных горизонтов почв вариации значений δ13С от разреза к разрезу не превышают 1‰ (–25.81…–26.81‰), несмотря на существенные различия в характере поступления и последующей трансформации органического вещества. Отмечается значительный внутрипочвенный градиент значений δ13С (4–5‰). Анализ различий интенсивности оборота углерода, выраженной через наклон линейной регрессии (β) значений δ13С от содержания общего углерода в почве, изменяющихся с глубиной, показал, что изотопный профиль исследуемых буроземов складывается под влиянием микробной утилизации органического вещества, проявляющейся с разной интенсивностью в зависимости от строения органопрофиля. Повышенная интенсивность минерализации легкодоступных компонентов растительного материала в верхней части органопрофиля почв с развитой подстилкой и органо-аккумулятивными горизонтами может приводить к заметному росту значений δ13С и более выраженному β в отличие от почв с преобладанием минеральных горизонтов в профиле.

Ключевые слова: почвенный углерод, почвы бореальных лесов, Cambisols, Восточное Присаянье

Физика почв

Д.А. Ушкова, У.А. Конкина, И. В. Горепекин, Д. И. Потапов, Г.Н. Федотов Устойчивость агрегатов пахотных почв: экспериментальное определение и нормативная характеристика // Почвоведение. 2023. № 2. С. 203-210. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600834

Устойчивость почв в современной физике почв распадается на два направления: водоустойчивость и устойчивость к механическим воздействиям: сдавливание, расклинивание. Оба свойства в насыщенной водой почве основаны на разрыве внутриагрегатных межчастичных связей. Однако нормативных физически обоснованных величин для характеристики устойчивости агрегатов не предложено. Цель статьи – обосновать физическое понятие “устойчивости почвенных агрегатов” и предложить единый методический прием количественной оценки устойчивости как нормативной почвенной характеристики. Разработан высокопроизводительный метод, основанный на рассечении линейно расположенных, насыщенных водой агрегатов при помощи лезвий, находящихся под контролируемой нагрузкой. Основными этапами методики являются вакуумирование агрегатов для устранения неконтролируемого влияния защемленного воздуха, насыщение агрегатов в вакууме водой и последующее определение устойчивости агрегатов к проникновению лезвий. Экспериментальные значения устойчивости получены для 17 почв. Это позволило сформировать нормативные диапазоны для горизонта А пахотных суглинистых почв: дерново-подзолистых – 17–19, серых лесных –27–29, черноземов – 34–37 мН/агр и др. и позволяет применять получаемую величину как почвенную характеристику устойчивости агрегатов. Обсуждается возможность использования величин устойчивости как методической основы мониторинга устойчивости и деградации почв, количественных направлений оценки состояния физических характеристик почвенных агрегатов, прежде всего, их основного параметра – устойчивости. Учитывая высоко корреляционную зависимость предлагаемой характеристики устойчивости от величин водоустойчивости, полученных методом Саввинова (>85%), и высокую производительность метода определения устойчивости (предлагаемый метод примерно в 20 раз производительнее метода Саввинова) обсуждается возможность его использования и получаемых величин устойчивости агрегатов как общефизической характеристики, так и отдельной величины для количественной оценки водоустойчивости.

Ключевые слова: почвенный агрегат, водоустойчивость, сопротивление расклиниванию

Биология почв

Е.Н. Патова, И.В. Новаковская, М.Д. Сивков Цианобактерии и водоросли биологических почвенных корок пятен-медальонов горных тундр Урала // Почвоведение. 2023. № 2. С. 211-225. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601001

Изучено видовое разнообразие цианобактерий и эукариотных водорослей биологических почвенных корочек, формирующихся на пятнах-медальонах в кустарничково-мохово-лишайниковой и ерниково-лишайниково-моховой пятнистых горных тундрах Урала. Выявлено – 46 видов из пяти отделов: Cyanobacteria – 19, Ohrophyta – 1, Bacillariophyta – 2, Chlorophyta – 22, Charophyta – 2. Основу альгоценозов биологических корок исследованных пятен-медальонов формируют виды: Cyanobacteria: Stigonema minutum, Gloeocapsopsis magma, Schizothrix fuscescens, Dasygloea cf. lamyi, Fischerella muscicola, Nostoc commune, Scytonema hofmannii; Chlorophyta: Sporotetras polydermatica, Coccomyxa simplex, Elliptochloris bilobata, E. subsphaerica, Lobochlamys culleus, Pleurastrum terricola. Невысокое разнообразие водорослей и цианобактерий связано с экологическими условиями, формирующимися в этом типе местообитаний: нестабильный температурный режим верхних горизонтов почвы, кислые почвы с низкой степенью насыщенности основаниями, а также невысоким содержанием азота, фосфора и других биогенных элементов. Численность клеток цианобактерий и микроводорослей на исследованных пятнах-медальонах составила от 0.03 до 34.19 млн кл./г почвы. Средние скорости азотфиксации, измеренной методом ацетиленовой редукции, на голом грунте пятен-медальонов были в диапазоне от 0.009 до 0.015 мг С2Н4 м–2 ч–1, в разных вариантах биологических почвенных корок – от 1.48 до 2.25 мг С2Н4 м–2 ч–1. Исследованные пятна планируется использовать для стационарных наблюдений за сукцессионными процессами зарастания криогенных форм рельефа в условиях горных тундр.

Ключевые слова: эукариотные водоросли, комплексы доминантов, азотфиксация, горно-тундровые Почвы

Агрохимия и плодородие почв

В. П. Шабаев, В. Е. Остроумов Почвенно-агрохимические аспекты ремедиации загрязненной никелем почвы при применении ростстимулирующих ризосферных бактерий // Почвоведение. 2023. № 2. С. 226-239. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600925

В вегетационных опытах изучено влияние внесения стимулирующих рост растений ризосферных бактерий на урожай и химический состав яровой пшеницы при выращивании на искусственно загрязненном водорастворимым соединением никеля гумусовом горизонте агросерой почвы (Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic)). Применение бактерий Pseudomonas fluorescens 20, P. fluorescens 21 и P. putida 23 повысило устойчивость растений к повышенным концентрациям никеля и увеличило урожай, значительно уменьшая или полностью устраняя фитотоксичность тяжелого металла. Устойчивость растений, подвергнутых никелевому стрессу, при применении бактерий обусловлена: а) стимуляцией роста корней и увеличением накопления никеля в корневой системе, б) улучшением минерального питания растений – увеличением выноса ими биофильных элементов из загрязненной почвы вследствие увеличения урожая, в целом без существенных изменений содержания большинства элементов в растениях, в том числе в зерне. Применение бактерий увеличило вынос никеля надземными органами растений из почвы, тем самым усилило фитоэкстракцию – очистку от тяжелого металла и, следовательно, ремедиацию почвы. Установлено распределение никеля в почве во фракциях, выделенных методом последовательных селективных экстракций. В первой половине вегетационного периода внесение бактерий увеличило содержание никеля в почве, главным образом, в обменной и специфически сорбированной фракциях и, в меньшей мере, во фракциях, связанных с органическим веществом и с железистыми минералами, и уменьшило содержание металла в остаточной фракции. Увеличение накопления никеля в растениях при внесении бактерий соответствовало повышенному содержанию тяжелого металла в почве в составе соединений, связанных с обменной и специфически связанной фракциями. При полной спелости растений не обнаружено значимых изменений в фракционном составе никеля в почве. Применение бактерий может быть рекомендовано при разработке стратегий ремедиации загрязненных никелем почв на основе экологически безопасных технологий.

Ключевые слова: Pseudomonas, Triticum aestivum L., агросерая почва, Luvic Retic Greyzemic Phaeozems

(Loamic), химический состав растений, фракции Ni в почве

Деградация, восстановление и охрана почв

Т. В. Королева, И. Н. Семенков, С.А. Леднев, О.С. Солдатова Гептил и продукты его трансформации в почвах: источники поступления, диагностика, поведение, токсичность и ремедиация загрязненных территорий (обзор) // Почвоведение. 2023. № 2. С. 240-258. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600998

В контексте почв обсуждаются вопросы экологической безопасности использования синтетического высокотоксичного органического вещества – гептила, или несимметричного диметилгидразина (НДМГ), проведен сравнительный анализ российских методик измерений его массовой доли, охарактеризовано поведение и взаимодействие с компонентами экосистем и обобщен существующий опыт детоксикации возникшего загрязнения. Несмотря на длительное использование НДМГ, аналитические методы его определения в почве далеки от совершенства, имеют ряд существенных недостатков и требуют дальнейшего развития. Возможность обратного синтеза НДМГ из продуктов трансформации при использовании щелочного или кислотного гидролиза при пробоподготовке требует учета всего разнообразия форм его существования в почвах для надежной оценки скорости трансформации и степени опасности для экосистем и человека. Загрязнение окружающей среды гептилом при штатной эксплуатации ракет-носителей в настоящее время незначительно. Однако большие количества гептила могут поступать в экосистемы в результате аварий при пусках ракет-носителей. В кислых торфяных почвах (Histosols) на штатных местах падения первых ступеней ракет-носителей в Архангельской области загрязнение гептилом сохраняется как минимум в течение 10 лет, а в щелочных почвах (Arenosols, Gypsisols, Solonetz) районов падения отработавших ступеней в Улытауской области Казахстана за счет быстрого испарения и трансформации – не более одного года. Существующие в России технологии очистки загрязненных гептилом почв можно разделить на термические, сорбционные, биологические и др., часть которых основана на окислении гептила с образованием огромного количества дериватов, свойства и токсичность которых мало изучены.

Ключевые слова: загрязнение почв, органические поллютанты, ракетное топливо, нормативы качества, риск здоровья человека

А. П. Жидкин, М. А. Комиссаров, Е. Н. Шамшурина, А. В. Мищенко Эрозия почв на Среднерусской возвышенности (обзор) // Почвоведение. 2023. № 2. С. 259-272. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600901

В настоящем литературном обзоре проанализировано более 100 публикаций об эрозии почв на Среднерусской возвышенности – одном из самых эрозионно-опасных регионов России. Выборка научных трудов осуществлялась из открытых web-ресурсов, отечественных и международных баз цитирования. Проанализирован следующий ряд параметров: время, географическое положение, масштаб и методы исследований, почвенные и геоморфологические особенности, противоэрозионные мероприятия, тип эрозии и темпы смыва/намыва почв, библиографические сведения о публикации. Отмечен дефицит работ на мелкомасштабном и среднемасштабном уровнях. Выявлена приуроченность крупномасштабных исследований к основному водоразделу Среднерусской возвышенности. Отмечаются расхождения в оценках эрозии почв разными авторами, в особенности на разных масштабных уровнях. Анализ изменений эрозии почв во времени свидетельствует о снижении темпов эрозии почв в целом на Среднерусской возвышенности, преимущественно за счет изменения климата и сокращения площади пашни. Выявлен дефицит исследований ливневой, механической и ветровой эрозии почв на данной территории.

Ключевые слова: анализ публикаций, масштаб и методы исследований, пространственно-временные изменения, талый смыв, ливневая эрозия, Тульская область, Орловская область, Курская область

Ю. Д. Сергеева, А. П. Кирюшина, В. К. Калеро, О.А. Федорова, В. А. Терехова Сравнение эффективности микро- и наночастиц нульвалентного железа при детоксикации техногенно загрязненной почвы // Почвоведение. 2023. № 2. С. 273-282. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600962

Исследовали безопасность сорбентов на основе нульвалентного железа в форме микро- и наночастиц и их детоксицирующую активность в торфяной эвтрофной почве (Eutric Histosol), загрязненной выбросами медно-никелевого комбината (Кольской п-ов, Россия). Наночастицы железа, как и микрочастицы железа, в дозе 2% оказались нетоксичными по результатам трех стандартных биотестов, основанных на реакциях тест-организмов разной таксономической принадлежности. Токсичность оценивали по изменению длины корней проростков растений Sinapis alba L. в незагрязненном торфе, по выживаемости цериодафний Ceriodaphnia affinis Lilljeborg и простейших инфузорий Parameciun caudatum Ehrenberg в водных экстрактах образцов. Fe-содержащие препараты достоверно снижали экотоксичность почвы, обусловленную экстремально высоким содержанием меди (6877 мг/кг) и никеля (2580 мг/кг). Выявлены различия в ремедиирующей способности препаратов. По результатам фитотестирования почвы наночастицы железа значимо превосходили детоксицирующий эффект микрочастиц железного порошка. При анализе водной вытяжки превосходство наночастиц в уменьшении токсичности почвы не обнаружено. Оценка детоксицирующей способности наночастиц нульвалентного железа зависит от почвенных свойств и вида растения, которое используется при фитотестировании. В стандартных биотестах с S. аlba фитоэффект наночастиц в 1.5 выше, чем микрочастиц железа (длина корней 117 ± 4.3 и 80 ± 7.6 мм соответственно). При оценке хронической фитотоксичности тех же почв на многолетней культуре райграсса Lolium perenne L. различий в добавках микро- и наночастиц нульвалентного железа не выявлено.

Ключевые слова: наносорбенты, экотоксичность, тяжелые металлы, ремедиация, биодоступность, фитотест, цериодафнии, инфузории

Скачать