Почвоведение №3, 2020
Генезис и география почв
Приходько В. Е., Азаренко Ю. А., Шаяхметов М. Р., Тишкин А. А., Горбунов В. В., Пивоварова Е. Г. Реконструкция климата средневековья на основe почвенных и геохимических исследований курганов сросткинской культуры на юге Западной Сибири // Почвоведение. 2020. № 3. С. 261-278. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003005
Исследованы фоновые дневные и подкурганные почвы крупного раннесредневекового некрополя Сростки-I, выявлены изменения свойств почв во времени, проведена реконструкция палеоклимата. Эта курганная группа располагается в Бийском районе Алтайского края и датирована радиоуглеродным методом 890 ± 105…975 ± 85 гг. (калибровка по 1δ). В палеопочвах средневековья более слабая выщелоченность от карбонатов в средней части профиля, меньшее накопление в поверхностных слоях элементов-биофилов (Р, S, Со) и меньшая величина индекса выветривания Al2О3/(CaO + MgO + Na2O + K2O) по сравнению с фоновым аналогом свидетельствуют, что палеопочва в фазу, предшествовавшую сооружению курганов, формировалась в несколько более засушливом климате по сравнению с современными условиями. Однако сходство в древних и фоновых почвах морфологических свойств, реконструированного содержания гумуса и усредненных величин в слое 0–30 см относительно почвообразующей породы для коэффициентов выветривания CIA = Al2О3 · 100/(Al2О3 + CaO + Na2O + K2O) и Rb/Sr, а также индексов Mn/Sr, Mn/Al, Mn/Fe, указывающих на степень биологической активности, свидетельствуют о начавшейся гумидизации палеоклимата. Из высокоопасных загрязнителей первого класса токсичности изученные почвы обогащены As и Cd по сравнению с кларком литосферы. В целом для почв региона характерна насыщенность Ni, Zn, Ba и Sn, определяемая особенностями материнских пород. Однако накопление этих тяжелых металлов в профиле не превышает допустимых величин, опасных для здоровья людей. В фоновой почве по сравнению со средневековым аналогом не отмечено аккумуляции токсичных элементов, обусловленной антропогенным загрязнением. Методом ГИС-технологий выявлено, что 21 поселение и 130 некрополей сросткинской общности, функционировавшей во второй половине VIII–XII вв., локализировались на плодородных почвах выровненных площадок с небольшими перепадами высот, вблизи крупных озер, рек (Обь, Катунь, Бия, Алей и др.) и широких долин при слиянии с ними мелких водотоков.
Ключевые слова: палеоклимат, палеопочвы, геохимические коэффициенты, поллютанты, ГИС-технологии, средневековье, Алтайский край
Сулейманов Р. Р., Овсянников В. В., Колонских А. Г., Абакумов Е. В., Кунгурцев А. Я., Сулейманов А. Р. Почвенно-археологическое исследование средневекового Вотикеевского комплекса в северной лесостепной зоне Южного Предуралья // Почвоведение. 2020. № 3. С. 279290. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003008
Почвенно-археологические исследования проведены на территории памятника “Вотикеевский археологический комплекс” (бахмутинская культура эпохи раннего средневековья V–VII вв. н. э.), расположенного в 30 км севернее г. Уфы (подзона северной лесостепи Республики Башкортостан, Южный Урал). Определены общие и морфологические свойства почв, установлены параметры структурного состояния молекул гуминовых кислот с использованием 13С ЯМР-спектроскопии. Показано, что на территории памятника распространены легкоглинистые темно-серые почвы (Phaeozems). Их гумусовые горизонты (мощностью до 51 см) характеризуются содержанием органического углерода 1.5–3.6%, нейтральной реакцией среды; величиной емкости катионного обмена от 35 до 29 смоль(экв)/кг почвы с преобладанием обменного кальция. Отмечается повышенное содержание валового фосфора с максимумом 4631 мг/кг почвы в слое 0–50 см, что обусловлено жизнедеятельностью древнего человека и не оказывает существенного влияния на содержание подвижных форм фосфора и калия, а также щелочногидролизуемого азота. На глубине 30–42 см обнаружены линзы более светлой окраски с примесью мелкого песка и фрагментами керамики и костей, что позволяет отнести их к материалу, перемещенному древним человеком. Эти линзы характеризуются бóльшим содержанием валового фосфора (7295 мг/кг почвы) и величиной электрического сопротивления (1130 Ом · м) по сравнению с вмещающим их горизонтом. Анализ методом 13С ЯМР-спектроскопии показал, что в гумусовом горизонте почвы и в материале, перемещенном человеком, преобладают гуминовые вещества с сильновыраженным пиком ароматических соединений замещенного и незамещенного типа, связанные с полимеризованными структурами макромолекул гуминовых веществ, что характерно для черноземов. Время функционирования археологического комплекса приходится на период раннесубатлантического потепления.
Ключевые слова: темно-серая почва (Phaeozems), археологический памятник, физические и химические свойства, гумусовые вещества, 13С ЯМР-спектроскопия
Шаповалов Д. А., Королева П. В., Калинина Н. В., Рухович Д. И., Сулейман Г. А. Учет и выделение переувлажненных территорий при почвенном картографировании и землеустройстве // Почвоведение. 2020. № 3. С. 291-307. https://doi.org/10.1134/S0032180X20010141
В настоящее время карты последнего тура почвенного обследования, кадастровые карты и материалы землеустройства противоречат друг другу при выделении переувлажненных территорий. Площадь переувлажненных земель на трех источниках может отличаться 5 раз. Согласно текущему земельному законодательству, при кадастровой оценке и кадастровом делении пахотных земель должны использоваться почвенные карты. Противоречия между тремя источниками информации о земельном покрове не предусмотрены. Цель работы заключается в анализе развития выделения переувлажненных земель разных источников и установления временного интервала и причин существующих противоречий. Для анализа привлечены почвенные и землеустроительные материалы четырех туров почвенного обследования 1937–1996 гг., а также материалы дистанционного зондирования с 1968 по 2018 гг. Установлено, что до третьего тура почвенных обследований включительно понятие “переувлаженных территорий” для почвоведов, кадастровиков и землеустроителей являлось одинаковым и означало территории ограничено пригодные под пашню по причине избыточного атмосферного или грунтового увлажнения. С середины 80-х годов прошлого века почвоведы перестали считать переувлажнение фактором, ограничивающим землепользование, а землеустроители не поменяли своих подходов. При кадастровом делении использование почвенных карт стало фрагментарным или заменяется выделением кадастровых участков по согласованию с собственником. В 1958 г. площадь переувлажнения на почвенной карте Тамбовской области составляла 14%, все эти земли были ограниченно пригодны под пашню, в 1986 г. на почвенной карте выделено 65% переувлажненных земель, из которых только 6% ограничено пригодны под пашню. Независимыми методами ретроспективного мониторинга установлено, что гидрорежим ограничивает пахотные земли на 16% территории области. Предлагается для унификации выделения переувлажнения использовать технологию ретроспективного мониторинга почвенно-земельного покрова.
Ключевые слова: почвенные карты, Тамбовская область, ретроспективный мониторинг, почвенно-земельный покров
Химия почв
Завгородняя Ю. А., Анохина Н. А., Богатырев Л. Г., Дёмин В. В. Оптимизированный метод определения n-алканов и n-метил-кетонов в подстилках и почвах // Почвоведение. 2020. № 3. С. 308-315. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003011
Предложена методика выделения липидных биомаркеров (н-алканов и н-метил-кетонов) из лесных подстилок и почв. Выделение выполняется методом ускоренной экстракции растворителями ASE (Accelerated Solvent Extraction). Показано, что максимальный выход н-алканов и н-метил-кетонов достигается при последовательной экстракции с использованием смеси растворителей хлороформ : метанол в соотношении 3 : 1 (v/v) в первые два цикла экстракции и хлороформа – в последующие 2 цикла. Экстракция идет при температуре 100°С и давлении 10.3 МПа, время выдержки в статических условиях – 5 мин. Показано, что использование повторной обработки хлороформом увеличивает выход высокомолекулярных гомологов н-алканов и н-метил-кетонов.
Ключевые слова: ускоренная экстракция растворителями, метод ASE, липидные биомаркеры
Яковлева Е. В., Габов Д. Н., Василевич Р. С., Гончарова Н. Н. Участие растений в формировании состава полициклических ароматических углеводородов торфяников // Почвоведение. 2020. № 3. С. 316-329. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003010
Оценен современный состав полициклических ароматических углеводородов растительности естественных бугристых болот лесотундровой подзоны Республики Коми, определена возможность его влияния на формирование состава полиаренов торфа. Определение содержания полиаренов проводилось методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Установлено, что максимальным накоплением полициклических ароматических углеводородов среди исследованных видов отличались Polytrichum strictum, Betula pubescens и побеги Picea abies, в меньшей степени полиарены содержались в Betula nana L., Salix lapponum L. и Carex limosa L. В составе растений преобладали легкие полиарены. Дибенз[a,h]антрацен и бенз[ghi]перилен в растениях не обнаружены – их образование могло быть связано с почвообразовательными процессами. Показаны сходные закономерности в профильном распределении полициклических ароматических углеводородов в почвах мерзлотных бугров (Hemic Folic Cryic Histosols) и мочажин (Fibric Floatic Histosols). Они выражались в незначительном накоплении в основном низкомолекулярных полиаренов в сезонно-талом слое, резком возрастании содержания тяжелых структур (главным образом бенз[ghi]перилена) на границе многолетней мерзлоты, и некотором снижении их массовой доли непосредственно в мерзлотных горизонтах. Состав полициклических ароматических углеводородов торфяников в основном определяется составом полиаренов растительности до глубины прохождения границы сезонно-талого слоя, где происходил активный синтез или высвобождение тяжелых структур. На степень воздействия состава полициклических ароматических углеводородов растений на их содержание в торфе значительное влияние оказывала степень его разложения. На основании рассмотрения природной модели образования торфа мочажин показано, что состав полиаренов торфа болотных переходных почв мочажин верхних горизонтов обусловлен перекомбинацией легких структур углеводородов, входящих в состав Sphagnum riparium и Eriophorum sp. В процессе длительного формирования почв, разложения сложных органических веществ растений, главным образом, Eriophorum sp., начинают формироваться тяжелые структуры полициклических ароматических углеводородов и возрастает содержание легких полиаренов.
Ключевые слова: полиарены, природная модель, торфяники, Hemic Folic Cryic Histosols, Fibric Floatic Histosols
Маслов М. Н., Маслова О. А., Копеина Е. И. Динамика общего и лабильного пулов органического углерода почв при постпирогенной сукцессии экосистем горной тундры Хибин // Почвоведение. 2020. № 3. С. 330-339. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003004
Обсуждена динамика общих запасов углерода и содержания лабильного и потенциально минерализуемого органического вещества сухоторфяно-подбуров (Entic Folic Podzols) Хибин (Мурманская область) при пожаре высокой и средней интенсивности, а также при постпирогенной сукцессии. Несмотря на то, что пожар средней интенсивности не оказывает статистически значимого воздействия на общий пул углерода в почве, он запускает активные процессы эрозии, приводящие к сравнимому с прямыми пирогенными потерями при пожаре высокой интенсивности снижению запасов углерода. При послепожарном восстановлении почв меняется тип накопления органического углерода: для контрольного участка накопление происходит на поверхности в виде торфа, в то время как на поздних стадиях постпирогенного развития до 50% углерода сосредоточено в минеральном горизонте. Пожар высокой интенсивности приводит к практически полному уничтожению лабильного, микробного и потенциально минерализуемого пулов углерода как в органогенном пирогенном, так и минеральном горизонтах. Пожар средней интенсивности не приводит к статистически значимому изменению этих пулов по сравнению с контролем. Динамика восстановления лабильного и потенциально минерализуемого пулов органического вещества в пирогенных горизонтах почвы различается: начиная с трехлетнего возраста гари наблюдается устойчивый рост содержания лабильного и микробного углерода, тогда как для потенциально минерализуемого пула максимум приходится на гарь трехлетнего возраста с последующей стабилизацией значений.
Ключевые слова: запасы углерода, лабильное органическое вещество, микробная биомасса, потенциально минерализуемое органическое вещество, сухоторфяно-подбур, Entic Folic Podzols
Чернова О. В., Рыжова И. М., Подвезенная М. А. Оценка запасов органического углерода лесных почв в региональном масштабе // Почвоведение. 2020. № 3. С. 340-350. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003002
Обсуждаются результаты сравнения запасов органического углерода и их структуры в автоморфных и полугидроморфных почвах на основе анализа массива данных, характеризующих 289 профилей почв лесной зоны европейской территории России. Установлено, что запасы органического углерода (с учетом подстилки) в полугидроморфных почвах в среднем примерно в 3 раза больше, чем в автоморфных. С увеличением мощности рассматриваемого почвенного слоя различия уменьшаются от 3.2 раз для слоя 0–30 см до 2.6 раз для метровой толщи. Наиболее сильно различаются запасы углерода в органогенном слое сравниваемых почв. В полугидроморфных почвах они в среднем составляют 73 ± 8.2 т С/га, что в 7 раз выше, чем в автоморфных почвах. Пренебрежение вкладом полугидроморфных почв в общий запас органического углерода почв региона приводит к заниженным оценкам. Величина недооценки определяется структурой почвенного покрова изучаемой территории и мощностью рассматриваемой почвенной толщи. Проведенные на примере Карелии расчеты показали, что для разных ландшафтов недооценка запасов органического углерода почв варьирует от 10 до 40%. Для всей территории республики для слоев почвы 0–30, 0–50 и 0–100 см она составляет соответственно 22, 19 и 13%. На основе проведенного сравнительного анализа известных педотрансферных функций для расчета плотности почв показано, что для минеральных горизонтов лесных почв европейской территории России лучшие результаты (RMSE = 0.15, R2 = 0.36) демонстрирует педотрансферная функция, предложенная О.В. Честных и Д.Г. Замолодчиковым.
Ключевые слова: полугидроморфные почвы, плотность почв, педотрансферные функции
Физика почв
Шеин Е. В., Верховцева Н. В., Быкова Г. С., Пашкевич Е. С. Агрегатообразование в каолинитовой суспензии при микробиологической модификации поверхности глины // Почвоведение. 2020. № 3. С. 351-357. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003007
Для доказательства агрегатообразующей роли микроорганизмов, модифицирующих гидрофильную поверхность минералов, в модельном эксперименте в стерильную жидкую среду вводили полученных смывом с речного песка микроорганизмов Bacillus velezensis и каолинит, в котором ион К (до 1%) был представлен в сорбированном состоянии и в примесях. В динамике в течение двух месяцев отмечалось увеличение содержание белка, углерода и азота, а также достижение величины соотношения С : N, близкого к 5. Предполагается, что микроорганизмы, потребляя необходимый для жизнедеятельности ион калия, образуют белковые соединения в виде специфических выделений гликопептидной и полисахаридной природы. Эти соединения гидрофобизировали поверхность минералов (краевой угол смачивания возрастал от 20° до 40°), а также изменяли удельную поверхность и увеличивали долю микроагрегатных фракций (50–250 и 250–500 мкм) на 5.4 и 1.5%. Инкубация штаммом B. velezensis вела к гидрофобизации поверхности образца каолинита по сравнению с контрольными, что может быть связано с амфифильным характером продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. В свою очередь, гидрофобизация минеральной поверхности приводила к образованию связей гидрофобного взаимодействия между частицами минерала, тем самым формируя органоминеральные микроагрегаты.
Ключевые слова: микроагрегаты, каолинит, краевой угол смачивания, Bacillus velezensis, гидрофобность, гранулометрический состав
Тимонова Л. В., Ляхова О. Н., Лукашенко С. Н., Айдарханов А. О., Кабдыракова А. М., Сержанова З. Б. Распределение трития в почвах на территории "Атомного" озера Семипалатинского испытательного полигона // Почвоведение. 2020. № 3. С. 358-365. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003009
Приведены результаты исследований концентраций и распределения трития в почве в месте проведения экскавационного взрыва, на объекте “Атомное” озеро, расположенном на территории Семипалатинского испытательного полигона (Казахстан, Восточно-Казахстанская область). Исследовано содержание трития в почве на поверхности, по глубине и в различных гранулометрических фракциях. Проведенные исследования показали, что концентрация трития в почве достигает 240 000 Бк/кг. Выявлена корреляция содержания трития в почве с содержанием европия. Предположительно, образование трития обусловлено двумя механизмами. Один из которых – процесс нейтронной активации, т.е. ядерные реакции на изотопах лития, бора и азота, присутствующих в почве; другой – захват трития, изначально присутствовавшего в заряде, минеральными частицами, образующимися при конденсации из раскаленной зоны взрыва.
Ключевые слова: экскавационный взрыв, светло-каштановые почвы (Kastanozems), тритий, европий, гранулометрические фракции
Tabasum Rasool*, A. Qayoom. Dar, Mushtaq. A. Wani Quantification of spatial variability of soil physical properties in a lesser Himalayan sub-basin of India // Eurasian Soil Science. 2020. № 3. опубликована в английской версии журнала
The quantification of spatial variability of soil properties is indispensable for evaluating the effectiveness of provisions undertaken to tackle various land surface processes like soil erosion, diffuse water pollution, etc. and is also essential for suggesting precise land management strategies. The present study was carried out in an urban sub-basin of lesser Himalayas, India, to appraise the spatial variability of soil textural fractions (sand, silt, and clay), bulk density (?b), porosity (η) and saturated hydraulic conductivity (Ks). Using the Global positioning system (GPS) soil samples from 100 randomly selected locations were collected at an average depth of 25 cm under different land covers. Laboratory analysis was conducted to determine the soil physical properties. This was followed by statistical and geostatistical analysis for characterizing physical properties of soil and their spatial variability. The Coefficient of variation (CV) displayed moderate variability (0.14-0.36) for measured soil properties except for ?b which has low variability (CV = 0.08). The variability of soil physical properties under distinct land covers was determined by creating Box plots, and it was revealed that in general, shrubland has significantly lower Ks, ?b and sand content and higher η, silt and clay content than farmland and built-up land covers (P<0.05) mainly due to lesser anthropogenic activities and continuous vegetal cover in shrub lands. The nugget to sill ratios for all the soil properties showed moderate to strong degree of spatial dependence. For mapping spatial variability of soil parameters, Ordinary Kriging (OK) approach of Geostatistical analysis was utilized revealing Spherical (Sand, ?b and η); Exponential (clay and Ks) and Gaussian (sand and silt) as the best fit models. Analysis by Moran’s I signified that about 1850 m sampling interval would be sufficient to detect spatial structure of soil physical properties. The generated spatial interpolation maps could serve as efficient tool for identifying land degradation spots in the study region and suggesting precise land management strategies.
Keywords: geographic information system, spatial interpolation, kriging, land use, soil texture and semivariogram
Биология почв
Громова М. С., Матвиенко А. И., Макаров М. И., Меняйло О. В. Температурная чувствительность (Q10) базального дыхания как функция количества доступного углеродного субстрата, температуры и влажности // Почвоведение. 2020. № 3. С. 366-371. https://doi.org/10.1134/S0032180X20020057
Модифицирована методология определения температурной чувствительности базального дыхания. Она заключается в инкубации почвенных образцов при постоянной температуре (20 или 25°С) и высокочастотном измерении скорости образования СО2, с периодическим понижением температуры на 10°С на короткое время (2 ч), благодаря дополнительному автоматическому варьированию температуры почвенных образцов. Значение Q10 при этом рассчитывается как отношение средней скорости образования СО2 при высокой температуре (перед и после понижения температуры) от скорости, измеренной при низкой температуре. Показано, что концентрация вносимой глюкозы наиболее сильно влияет на Q10 минерализации углерода только в низких диапазонах температур (20– 10°С). Температурный диапазон оказывает большее влияние на Q10 минерализации углерода, чем внесение глюкозы. Подтвержден эффект влажности почвы на температурную чувствительность минерализации С (Q10), которая убывает при увеличении влажности.
Ключевые слова: органический углерод, минерализация, парниковые газы, цикл углерода
Завьялова Н. Е., Васбиева М. Т., Фомин Д. С. Микробная биомасса, дыхательная активность и азотфиксация в дерново-подзолистой почве Предуралья при различном сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 2020. № 3. С. 372-378. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003012
Изучены показатели микробиологической активности целинной (смешанный лес, злаково-разнотравный луг) и пахотной (бессменный чистый пар, бессменный посев ячменя, полевой севооборот, многолетняя бобовая культура) дерново-подзолистой почвы (Eutric Albic Retisols (Abruptic, Loamic, Cutanic)) Пермского края. В зависимости от типа землепользования содержание органического углерода (метод бихроматного окисления) в почве варьировало от 0.78 до 1.57%, углерода микробной биомассы (метод субстрат индуцированного дыхания) от 366 до 1236 мкг/г, скорость базального дыхания от 1.62 до 3.13 мкг C–CO2/(г ч) и азотфиксирующая способность (ацетиленовый метод) от 11.53 до 77.18 мкг С2Н4/к(г ч). Максимальные значения изученных показателей отмечены в почве под смешанным лесом, минимальные – в бессменном пару (42 года). В почве под лесом отмечено низкое удельное дыхание микробной биомассы 2.5 мкг C–CO2/(мг Смик ч), что свидетельствует об устойчивости и зрелости данной экосистемы. Более стабильное функционирование микробного сообщества среди рассматриваемых пахотных почв наблюдали при длительном возделывании многолетней бобовой культуры (30 лет) – козлятника восточного (Galéga orientalis). Содержание органического вещества, углерода микробной биомассы и удельное микробное дыхание под козлятником соответствовали почве лесной экосистемы. Установлена высокая и средняя корреляционная зависимость содержания углерода микробной биомассы и базального дыхания от общего содержания органического углерода и его лабильной фракцией.
Ключевые слова: органический углерод почвы, углерод микробной биомассы, базальное дыхание, микробиоценоз, нитрогеназная активность
Агрохимия и плодородие почв
Федотов Г. Н., Горепекин И. В., Позднякова А. Д., Завгородняя Ю. А., Исакова С. А. Взаимосвязь предыстории использования и химических свойств почв с их аллелотоксичностью // Почвоведение. 2020. № 3. С. 379-386. https://doi.org/10.31857/S0032180X2003003
Изучено влияние предыстории и химических свойств почв на их аллелотоксичность. В исследовании использовали 12 образцов почв Русской равнины, 6 сортов семян яровой пшеницы, а также ячменя, ржи и тритикале. Установлено, что все изученные зерновые культуры однотипно ингибируются токсинами, содержащимися в почвах. Территории сельскохозяйственного использования независимо от выращиваемых культур характеризовались значительно большей аллелотоксичностью по сравнению с залежными и лесными участками. Полученные данные позволяют предположить, что применение севооборотов не всегда способно снизить почвоутомление. Это делает необходимым проведение оценки реального почвоутомления (аллелотоксичности почв) при применении севооборотов. Проведенная статистическая обработка данных свидетельствует о влиянии совокупности химических свойств почв на ингибирование прорастания семян и развития их проростков.
Ключевые слова: почвоутомление, замедление развития проростков, севооборот
