The Journal of Soils and Environment / Почвы и окружающая среда
Not a member yet
19035 research outputs found
Sort by
Постпирогенная эмиссия диоксида углерода из дерново-подзолистой почвы в экотоне опушки в зависимости от интенсивности воздействия огня
Full text linkThe aim of the study. To assess carbon dioxide emissions during the restoration ecosystems affected to varying degree by fire for further use in determining the dynamic pattern of carbon fluxes.
Location and time of the study. The experiment was conducted at the experimental site located in the Alexandrovsky district of the Vladimir region (56.613045 N, 38.362325 E) from the beginning of May till October 2022.
Methods. The research included the preparation of experimental sites exposed to fires of varying degrees of intensity, the determination of soil carbon dioxide fluxes by the chamber method, and measurements of key environmental indicators (air and soil temperature, soil moisture).
Results. There was a noticeable difference in post-pyrogenic carbon dioxide emissions from sites of varying degrees of burnout. The maximal values of 8.19 ± 5.40 g m-2 day-1 were observed at the site of fresh burning, and the minimal values of 1.22 ± 0.520 g m-2 day-1 were observed at the site that was exposed to the most intense fire. For the rate of CO2 emission from soils during the observation period, intra-seasonal variations were identified, which were related to soil temperature and moisture.
Conclusions. The data we obtained on CO2 emissions at the control site of an undisturbed ecotope correspond to estimates previously obtained by other authors for sod-podzolic soils. CO2 emissions from the soil during the recovery period after prolonged pyrogenic exposure were significantly lower compared with the control sites and sites affected by the short-term exposure to fire. The restoration of the latter, associated with a significant increase in emission, requires further research to determine the contribution of microbiota to soil respiration during short-term pyrogenic effects similar to those of accidebntal fires of anthropogenic origin.Цель исследования. Дать количественную оценку постпирогенной эмиссии диоксида углерода на участках дерново-подзолистой почвы, в разной степени подверженных воздействию огня, для установления момента начала нормализации функционирования экосистемы.
Место и время проведения. Эксперимент проводили на экспериментальной площадке, расположенной в Александровском районе Владимирской области (56,613045 с.ш., 38,362325 в.д.) с начала мая по октябрь 2022 года.
Методы. Исследования включали подготовку экспериментальных площадок, подвергшихся возгораниям разной степени интенсивности, определение почвенных потоков диоксида углерода камерным методом и измерения основных показателей окружающей среды (температуры воздуха и почвы, влажности почвы).
Основные результаты. Установлено заметное различие в постпирогенной эмиссии диоксида углерода с участков разной степени выгорания. Максимальные значения 8,19 ± 5,40 г С м-2 сут-1 наблюдались на площадке свежей гари, а минимальные значения 1,22 ± 0,520 г С м-2 сут-1 – на площадке, которая подверглась самому интенсивному воздействию огня. Для скорости эмиссии СО2 за период наблюдений выявлены внутрисезонные вариации, которые связаны с температурой и влажностью почвы.
Заключение. Эмиссия СО2 из почвы в период восстановления после длительного пирогенного воздействия значимо меньше по сравнению с контрольными участками и участками, затронутыми кратковременным воздействием огня. Восстановление последних связано со значительным повышением эмиссии и требует дальнейших исследований, которые позволят определить вклад микробиоты в почвенное дыхание при кратковременных пирогенных воздействиях, приближенных к естественным пожарам антропогенного происхождения
Бывает ли много интеллекта: к вопросу о написании и публикации научных статей
Full text linkThe article draws attention to some aspects of using artificial intelligence technologies for writing research papers and for editing and preparing such papers for publication, urging potential authors of the Journal of Soils and Environment to abstain temporarily from using AI technologies for preparing their manuscripts. В статье рассматриваются некоторые аспекты применения технологий искусственного интеллекта при написании научных статей и в редакционно-издательской деятельности. Редакция призывает авторов хотя бы временно воздержаться от применения технологий искусственного интеллекта при написании статей
Исследование свойств нефтезагрязненной темногумусовой почвы
Full text linkThe aim of the study was to assess the properties and ability to perform ecological functions by dark-humus soil (Rendzic Phaeozem) exposed to oil contamination and subsequent reclamation by cutting the contaminated layer.
Location and time of the study. An accidental oil spill in the southern taiga subzone of the Perm Krai in 2020 resulted in the contamination of the dark-humus soil over an area of 0,52 hectares. The contaminated vegetation and topsoil were removed and transported for remediation to a specialized organization. Dark-humus soil is classified as a specially protected category of soil in the region. In 2023, soil samples were collected from the 0–20 cm and 20–40 cm layers at seven sites within the contaminated area; a post-agrogenic dark-humus soil was used as the reference standard.
Methods. The soil samples were analyzed for the following parameters: residual petroleum hydrocarbon content, pH (water and salt suspension), hydrolytic acidity, total exchangeable bases, organic matter content, available phosphates and potassium, catalase, urease, and invertase activity, soil bulk density, particle density, aggregate composition, porosity, and particle-size distribution. Soil phytotoxicity was assessed using a garden cress (Lepidium sativum L.) bioassay by measuring the shoot length and fresh biomass. The significance of differences from the baseline (control) soil was determined by one-way ANOVA using the Kruskal-Wallis test at a significance level of p<0,05. An integrated assessment of the oil-contaminated soil condition was performed using a mathematical optimization method.
Results. The background soil was diagnosed according to the classification and diagnostics of soils of Russian (2004) as post-agrogenic, metamorphic, unsaturated, medium-thick, highly humic, weakly saturated, clayey dark-humus soil. The dynamics of residual oil content in the 0–20 cm layer of the soil showed a 50% average reduction during the first year. Subsequently, the soil self-cleaning process slowed down, with only a 12% average reduction in oil content by 2022. The following annual 42% reduction in residual oil content resulted from soil loosening, which appeared to activate hydrocarbon-oxidizing microorganisms.The negative status of the upper contaminated soil layers manifested through reduced porosity, deteriorated aggregate composition, and impaired mineral nutrition (based on available phosphate and potassium content, and urease activity) compared to the background post-agrogenic soil. After removing the surface contaminated layer, the residual dark-humus horizon showed similarity to the background soil at 20-40 cm depth in particle-size distribution, bulk density and particle density. Phytotesting results indicated that the oil-contaminated soil had diminished capacity to support normal plant growth and development.
Conclusions. After the removal of the upper oil-contaminated layer, residual oil pollution, the complex of soil properties and calculated optimization coefficients indicated a reduced ecological potential of the specially protected dark-humus soil.Цель исследования. Оценить свойства и способность к выполнению экологических функций темногумусовой почвы (Rendzic Phaeozem), подверженной загрязнению в результате аварии на нефтепроводе и срезке верхнего нефтезагрязненного слоя.
Место и время проведения. Аварийный разлив нефти в южно-таежной подзоне Пермского края в 2020 году сопровождался загрязнением темногумусовой почвы на площади 0,52 га. Загрязненную растительность и верхний слой почвы срезали и вывезли для ремедиации в специализированной организации. Темногумусовая почва входит в категорию особо охраняемых почв региона. В 2023 г. на загрязненном участке в семи точках были взяты пробы почвы из слоев 0–20 и 20–40 см; стандартом для сравнения послужила темногумусовая постагрогенная почва.
Методы. В почвенных образцах были исследованы содержание остаточных нефтепродуктов; рНвод и рНсол; гидролитическая кислотность; сумма оснований; органическое вещество; подвижные формы фосфора и калия; активность каталазы, уреазы и инвертазы; плотность почвы; плотность твердой фазы почвы; агрегатный состав; пористость; гранулометрический состав. Фитотестирование почвы проводили по реакции кресс-салата путем измерения длины и сырой массы надземной части. Значимость различий с фоновой почвой была рассчитана с помощью однофакторного дисперсионного анализа с использованием критерия Крускала-Уоллиса при уровне значимости P<0,05. Для комплексной оценки состояния нефтезагрязненной почвы был использован метод математической оптимизации.
Основные результаты. Фоновая почва была диагностирована согласно классификации и диагностике почв России (2004): темногумусовая постагрогенная, метаморфизованная, ненасыщенная, среднемощная, высокогумусированная, слабонасыщенная, глинистая. Динамика остаточного содержания нефтепродуктов в слое 0–20 см темногумусовой почвы показала, что их количество сократилось в среднем на 50% в первый год наблюдений. Затем процесс самоочищения почвы замедлился; в 2022 году содержание нефтепродуктов снизилось в среднем на 12%. Впоследствии годовое снижение количества остаточной нефти (на 42%) произошло из-за рыхления почвы, что, по-видимому, активизировало деятельность углеводородокисляющих микроорганизмов. Негативное состояние верхних слоев загрязненной почвы проявилось в снижении пористости, ухудшении агрегатного состава и минерального питания (по содержанию подвижных форм форсфора и калия, активности уреазы), по сравнению с фоновой постагрогенной почвой. После срезания поверхностного загрязненного слоя остаточный темногумусовый горизонт по ряду показателей (гранулометрический состав, плотность, плотность твердой фазы) характеризовался сходством с фоновой почвой на глубине 20–40 см. По результатам фитотестирования у нефтезагрязненной почвы понижена способность к обеспечению условий для роста и развития растений.
Заключение. После удаления верхнего нефтезагрязненного слоя остаточное нефтезагрязнение, комплекс почвенных свойств и расчетные коэффициенты оптимизации указывали на снижение экологического потенциала особо охраняемой темногумусовой почвы
Формы фосфора в почвах Новосибирского Приобья
Full text linkThe aim of the study was to study changes in mobility (I) and phosphate capacity (Q) in gray forest soils and leached chernozems in various agrocenoses with and without mineral fertilizers application in comparison with the similar undisturbed soils.
Location of the study. The research was conducted in the northern forest-steppe of the Novosibirsk region.
Methods. The method of soil pits digging, field and laboratory experiments, and agrochemical methods for analyzing soil samples by using generally accepted methods were used. Correlation analysis was performed.
Results. The absorption and displacement of readily available and mobile phosphorus and their relationship with other soil properties in the gray forest soils and leached chernozems from various agrocenose were compared with the ones for their undisturbed counterparts. The undisturbed gray forest soil was found to absorb the largest amount of phosphorus, i.e. 200 and 600 kg of P2O5/ha, respectively. When the soil was used for 15 years in a vegetable agrocenosis without fertilizers, phosphorus mobility did not change, but the phosphate capacity decreased by 3 times. The dark gray soil, used for 30 years in a grain agrocenosis, absorbed on average 300 and 400 kg of P2O5/ha. In the leached chernozem, cropped for potatoes, the highest amount of phosphorus was in the NPK-fertilized soil, i.e. about 60 and 1100 kg of P2O5/ha, respectively, which can compensate for the removal of phosphorus by potatoes and have a lasting effect.
Conclusions. Increased mineralization of organic matter in the gray forest soil in the vegetable crop rotation reduced the mobile phosphate content by two times and did not affect the degree of phosphorus mobility, the value of which directly depended on the content of humus and calcium. In the dark gray arable soil of the grain agrocenosis, the amount and rate of phosphorus absorption were directly related to the humus content. pH value and the exchangeable bases and calcium content had significant impact on soil phosphorus absorption capacity.Цель исследования. Изучить изменение степени подвижности фосфора и фосфатной ёмкости в серых лесных почвах и чернозёме выщелоченном в различных агроценозах в сравнении с целинными аналогами этих почв.
Место проведения. Исследования проведены в северной лесостепи Новосибирского Приобья.
Методы. Использовали метод почвенных разрезов, полевые и лабораторные опыты, агрохимические методы анализа почвенных образцов по общепринятым методикам. Статистическую обработку данных проводили методом корреляционного анализа.
Основные результаты. Определены величины поглощения и вытеснения легкодоступного и подвижного фосфора и их связь с другими показателями в серых лесных почвах и чернозёме выщелоченном в различных агроценозах в сравнении с целинными аналогами этих почв. Установлено, что наибольшее количество фосфора, определяемого данными методами, поглощала серая целинная почва – 200 и 600 кг Р2О5/га, соответственно. При использовании почвы в течение 15 лет в овощном агроценозе без применения удобрений степень подвижности фосфора не изменилась, а фосфатная ёмкость уменьшилась в 3 раза. Тёмно-серая почва, используемая 30 лет в зерновом агроценозе, поглощала в среднем 300 и 400 кг Р2О5/га. В чернозёме выщелоченном при выращивании картофеля наибольшее количество фосфора определялось в варианте с внесением NРK-удобрений – около 60 и 1100 кг Р2О5/га, соответственно, что может компенсировать вынос фосфора картофелем и обладать последействием.
Заключение. Усиление минерализации органического вещества в серой лесной почве при её использовании в овощном севообороте в два раза уменьшало запас подвижного фосфора и не влияло на степень его подвижности, величина которой прямо зависела от содержания гумуса, обменных оснований и кальция. В тёмно-серой почве зернового агроценоза количество и скорость поглощения фосфора были прямо связаны с содержанием гумуса. Существенное влияние на ёмкость поглощения фосфора данными почвами оказывали величина рН, содержание обменных оснований и кальция
Интегральная диагностика серых почв и их трансформация при агропедогенезе
Full text linkThe aim of the study. Integrated diagnostics of grey soils, as well as transformation of their properties during agrogenic use.
Location and time of the study. Soils located at the teaching farm "Molodezhny" of the Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhevsky were the objects of the study.
Methods. The morphological description of soil profiles was performed. Determination of particle size distribution, organic matter content, macroelement composition using X-ray fluorescence analysis, group composition of iron, indicators of agrochemical properties were used in the study. Measurements of specific electrical resistance using the LandMapper-03 device were also carried out.
Results. The obtained data indicated a drastic transformation of the soil profile under the influence of agrogenic factors: homogenization of the upper horizons and simplification of the profile, a sharp decrease in humus and exchangeable cations content, acidification of the arable horizon of the agrosoil and heavier granulometric composition. The crystallized forms of iron prevailed among its non-silicate forms. X-ray fluorescence analysis showed that in arable soils there was a redistribution of bulk chemical elements, especially in sesquioxides with a decrease in the silica content. Agrogenic processes contributed to decreasing the difference in chemical composition and horizon differentiation and increasing homogeneity. The content of the mobile forms of nutrients revealed a decrease in the nitrate nitrogen and phosphorus in the arable horizons, which may indicate nutrients deficiency and imbalance. Measurements of the stationary electrical resistance of soils (SER) showed its dependence on the content of silt, humus and sesquioxides. In arable soils, the SER values were significantly lower than in the virgin soils and less differentiated along the profile, most likely due to mechanical mixing and reduced profile differentiation.
Conclusions. Agrogenic soil transformation leads to homogenization of the upper soil layer, reduced variability of physicochemical properties and lower differentiation of electrical resistance indicators. Due to increased erosion processes, removal of nutrients by crops, plowing of low-fertility underlying horizons, the following occurred: a significant decrease in the content of humus, exchangeable cations, nutrients; noticeable acidification of the arable horizon, heavier granulometric composition, a decrease in the proportion of non-silicate iron, represented mainly by crystalline forms. The results confirm the importance of an integrated approach to assessing the soil status, combining traditional methods of analysis with geophysical tools. The identified patterns can be used in modeling soil properties and optimizing agricultural technologies within the framework of adaptive-landscape farming systems. The work emphasizes the importance of preserving the natural status of soils and the need to monitor their degradation in agroecosystems.Цель исследования. Провести интегральную диагностику серых почв и оценить трансформацию их свойств при агрогенном использовании.
Место и время проведения. Исследования проводили на серых почвах (Haplic Phaeozems), расположенных в пределах учебного хозяйства «Молодёжный» Иркутского государственного аграрного университета им. А.А. Ежевского (Иркутская область, юг Восточной Сибири). Объекты исследования представлены целинным и длительно распаханным (свыше 45 лет использования) участками.
Методы. Проведено морфологическое описание почвенных профилей, определение валового химического (рентгенофлуоресцентный анализ) и гранулометрического состава почв, содержания органического углерода, группового состава железа, показателей агрохимических свойств, а также измерение удельного электрического сопротивления почв с использованием прибора LandMapper-03 методом горизонтального электрического профилирования.
Основные результаты. Установлено, что под влиянием агрогенных факторов произошла выраженная трансформация почвенного профиля: гомогенизация верхних горизонтов, упрощение морфологического строения, снижение содержания гумуса и обменных катионов, подкисление пахотного слоя и утяжеление гранулометрического состава. Среди несиликатных форм железа доминировали окристаллизованные. Рентгенофлуоресцентный анализ выявил изменение валового химического состава почв, особенно полуторных оксидов, при снижении содержания кремнезёма, что сопровождалось выравниванием профиля по валовому содержанию элементов и уменьшением дифференциации горизонтов. Анализ подвижных форм питательных элементов показал снижение содержания нитратного азота и фосфора в пахотном слое. Измерения удельного электросопротивления подтвердили его зависимость от содержания ила, гумуса и полуторных оксидов; значения электросопротивления в пахотной почве ниже и менее дифференцированы по профилю, чем в целинной.
Заключение. Агрогенная трансформация серых почв сопровождается гомогенизацией верхнего слоя, уменьшением вариабельности физико-химических свойств и выравниванием электрофизических показателей. В результате эрозионных процессов, выноса питательных веществ с урожаем и припахивания нижележащих горизонтов отмечается снижение содержания гумуса и обменных катионов в пахотном слое, его подкисление, а также сокращение доли аморфных форм железа. Результаты демонстрируют важность комплексного подхода, объединяющего традиционные аналитические и геофизические методы, и могут быть использованы при моделировании свойств почв и оптимизации агротехнологий в системах адаптивно-ландшафтного земледелия
Оценка запасов углерода в подстилках и почвах ненарушенных и зоогенно трансформированных кедровников (Pinus sibirica Du Tour) юга таежной зоны Западной Сибири
Full text linkThe aim of the study. Assessment of soil and litter carbon stocks, as well as the study of the initial stages of organic matter decomposition of plant litter under conditions of undisturbed and dendrophague-invaded forest stands.
Location and time of the study. The research was conducted in the zoogenically disturbed Luchanovo-Ipatovsky suburban cedar forest and in the undisturbed cedar forest near the village of Kolomino, both sites located in the Tomsk District of the Tomsk Region.
Methods. Plant residue decomposition rate was studied using the partially isolated sample method. Litter bulk density was determined using the monolith method, and soil bulk density in mineral horizons was determined by the cutting ring method. Standard methods were used to determine actual and non-exchangeable acidity in soil, and actual acidity and ash content in litter. The content of total and water-soluble carbon and nitrogen was assessed using elemental analyzers for solid and liquid media.
Results. The carbon stocks in the upper 50 cm soil layer of undisturbed cedar forests exceeded those in disturbed forests by 1.4 times. The contribution of litter in the total carbon stocks under zoogenic transformation was 9% higher than in the undisturbed cedar forests. In zoogenically disturbed forest ecosystems (Ips amitinus Eichh.), the intensity of decomposition slowed down at the initial stages of decomposition (depending on the type of litter, 4-14%). The leaves of Aegopodium podagraria are characterized by high availability for decomposition and the lowest contribution in carbon sequestration by the soil (organic matter losses reached 94% in 2 months). The litter demonstrated significantly lower decomposition rate, which may indicate that it was not readily available for utilisation by microorganisms.
Conclusions. Degradation of wood during zoogenic transformation resulted in complex changes in understorey vegetation, litter and soil layers, affecting the availability of organic matter for decomposition and soil sequestration potential.Цель исследования. Оценка запасов углерода в почвах и подстилках кедровников, а также изучение начальных этапов деструкции органического вещества растительного опада в условиях ненарушенного и пораженного инвазионным дендрофагом древостоя.
Место и время проведения. Исследования проводили в 2023–2024 гг. в зоогенно нарушенном Лучаново-Ипатовском припоселковом кедровнике и ненарушенном кедровнике вблизи деревни Коломино; оба участка расположены в Томском районе Томской области.
Методы. Исследование скорости разложения растительных остатков проводили методом частично изолированных проб; плотность сложения в подстилках определяли методом монолитов, в минеральных горизонтах методом режущего кольца. В почве стандартными методами определяли актуальную и необменную кислотность, в подстилках – актуальную кислотность и зольность. Оценку содержания общих углерода и азота, и их водорастворимых форм проводили на элементных анализаторах для твердых и жидких сред.
Основные результаты. Запасы углерода в верхней полуметровой толще почв ненарушенных кедровников превышают таковые в нарушенных в 1,4 раза, при этом вклад подстилки в общие запасы углерода в условиях зоогенной трансформации на 9% выше, чем в ненарушенном кедровнике. В поврежденных союзным короедом (Ips amitinus Eichh.) лесных экосистемах интенсивность деструкции органического вещества растительных остатков на начальных этапах разложения замедляется на 4–14% в зависимости от типа опада. Высокую доступность для разложения и наименьший вклад в депонирование углерода в почве имели листья Aegopodium podagraria (потери органического вещества достигают 94% за 2 месяца). Подстилка демонстрирует значительно меньшую скорость деструкции, что может свидетельствовать о труднодоступности ее компонентов для микроорганизмов.
Заключение. Деградация древесного компонента леса в ходе зоогенной трансформации приводит к комплексным изменениям не только подчиненных ярусов растительности, но и подстилок и почв, оказывая влияние на доступность органического вещества для разложения и, как следствие, секвестрационный потенциал почв
Памяти Ольги Геннадьевны Лопатовской
Full text linkThis article presents the basic research, administrative and teaching activities of Olga Gennadyevna Lopatovskaya, Professor of the Department of Soil Science and Land Resource Assessment, the Faculty of Biology and Soil Science, Irkutsk State University, and Doctor of Biological Sciences. The article also provides brief information about her studies at the Irkutsk State University, her work at the I.V. Nikolaev East Siberian Soil Science Museum, and her promotion to Associate Professor, Doctor of Biological Sciences, and Professor of the Irkutsk State Pedagogical University. The research conducted by O.G. Lopatovskaya contributed significantly in obtaining new knowledge about the pedohalogenesis and the properties of saline soils, ecological and meliorative systems of Siberia, about soil-ecological assessment of agricultural lands, and ecological and meliorative zoning. Professor Lopatovskaya O.G. was also very active in such research areas as related to mineral spring discharge and the distribution of saliferous rocks, landscape complexes, and landscape-adaptive soil conservation and resource-saving agriculture systems, as well as solutions for their reclamation and melioration using GIS technologies and geoinformation mapping of eroded and saline lands.В статье приведены основные сведения о научно-исследовательской, административной и педагогической деятельности профессора кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов биолого-почвенного факультета Иркутского государственного университета, доктора биологических наук Ольги Геннадьевны Лопатовской. Дана информация о ее работе в Иркутском государственном университете, Восточно-Сибирском музее почвоведения, Иркутском государственном педагогическом университете; показан вклад в изучение педогалогенеза и свойств засоленных почв эколого-мелиоративных комплексов Сибири, почвенно-экологической оценки сельскохозяйственных земель и эколого-мелиоративного районирования. Освещены направления исследований изучения почв в зоне разгрузки минеральных источников и распространения соленосных пород, ландшафтных комплексов и систем ландшафтно-адаптивного почвоохранного, ресурсосберегающего земледелия, решения проблем их рекультивации и мелиорации с применением ГИС-технологий, геоинформационного картографирования эродированных и засоленных земель
Цифровое картографирование содержания органического углерода в почвах Кузнецко-Салаирской геоморфологической провинции с использованием онлайн-платформы Google Earth Engine
Full text linkThe aim of this study was to create digital maps of soil organic carbon (SOC) content in the 0–30 cm layer using 11 different predictor datasets and the Random Forest algorithm implemented on the Google Earth Engine platform.
Location and time of the study. The study was carried out in the Kuznetsk-Salair geomorphological province, within the Iskitimsky district in the Novosibirsk Region.
Methods. Digital mapping was performed using the Random Forest (RF) algorithm with settings of 200 and 1000 "trees". RF algorithm is implemented on the Google Earth Engine online platform in the form of a script (code). SOC content was mapped using raster predictor maps that characterized the following soil-forming factors: climate, relief, vegetation, spatial position, and soil properties. The number of predictors used in the modeling varied depending on the number of available indicators and the correlation coefficient (R) between the SOC content and the predictor values. The following numbers of predictors were used: 80 (all); 2) 50 (all with R>±0,1); 3) 42 (all with R>±0,2); 4) 26 (all with R>±0,3); 5) 15 (all with R>±0,4). Additionally, the SOC content was mapped using five sets of predictors characterizing individual soil formation factors (relief, climate, vegetation, soil, spatial position), and one dataset combining five dominant predictors from each soil formation factor. Thus, a total of 11 sets of predictors was used, the sets presented both in various combinations of indicators of soil formation factors and individually. Training (TD, n=206) and validation (VD, n=55) data sets were used in the study. The database was created using archival materials from the "Zapsibgiprozem" Land Management Institute from 1984 to 1994. It contains data on the SOC content in the 0–30 cm layer, with a sample size of 261.
Results. The optimal model for mapping SOC content in the 0–30 cm layer, based on 42 predictors and 200 trees, demonstrated the highest accuracy. The simulation performance indicators are as follows: R2TD=0,83, R²VD=0,55; RMSEVD=1,25%. Model performance indicators showed that the model performed well. According to the actual data, the SOC content ranged from 1,2 to 13,9%. The generated map showed that the highest SOC levels were found in the southwestern part of the study area.
Conclusions. The use of raster maps of predictors with low original resolution (1×1 km – WorldClim, 250×250 m – SoilGrids) improved to 30×30 m, combined with medium-resolution predictor maps (topography, vegetation, spatial location), allows for better results in digital mapping of SOC. Some groups of predictors (climate, soil, spatial location) provide a global trend in the variation of SOC content in the final map, while others (topography, vegetation) display differentiating/detailing trends that take into account the characteristics of the terrain and vegetation. Thus, predictors characterizing different soil formation factors complement each other in the combined predictor dataset and enable development of more detailed maps during SOC mapping.Цель исследования. Провести цифровое картографирование содержания почвенного органического углерода (ПОУ) в 0–30 см слое почв с использованием 11 наборов предикторов и алгоритма Random Forest (RF), реализованного на онлайн-платформе Google Earth Engine.
Место и время проведения. Исследование проведено в Кузнецко-Салаирской геоморфологической провинции (в пределах Искитимского района Новосибирской области).
Методы. Цифровое картографирование проведено с использованием алгоритма Random Forest (RF) с настройками 200 и 1000 «деревьев». Реализация алгоритма выполнена на онлайн-платформе Google Earth Engine в виде скрипта (кода). В процессе картографирования содержания ПОУ были использованы растровые карты предикторов, характеризующих следующие факторы почвообразования: климат, рельеф, растительность, пространственное положение, почвенные свойства. Моделирование проведено на основе различного количества предикторов в наборе в зависимости от коэффициента корреляции (R) между содержанием ПОУ и значениями предикторов: 1) 80 (все); 2) 50 (все с R>±0,1); 3) 42 (все с R>±0,2); 4) 26 (все с R>±0,3); 5) 15 все с R>±0,4). Дополнительно проведено картографирование содержания ПОУ с использованием пяти наборов предикторов, характеризующих отдельные факторы почвообразования (рельеф, климат, растительность, почва, пространственное положение), и одного набора, объединяющего по пять доминирующих предикторов от каждого фактора почвообразования. Таким образом, всего было использовано 11 наборов предикторов, представленных как в сочетании показателей от разных факторов почвообразования, так и по отдельным группам. Почвенная база данных создана на основе архивных материалов Института землеустройства «ЗапсибНИИгипрозем» за период с 1984 по 1994 годы и содержит данные по содержанию ПОУ в 0–30 см слое почв (n=261). В работе использован обучающий (ОНД, n=206) и валидационный (ВНД, n=55) наборы почвенных данных.
Основные результаты. Лучший результат картографирования содержания ПОУ в 0–30 см слое почв алгоритмом RF (200 «деревьев») получен на основе 42 предикторов. Показатели эффективности моделирования следующие: R2ОНД=0,83; R2ВНД=0,55; RMSEВНД=1,25%. По фактическим данным, cодержание ПОУ в 0–30 см слое исследуемых почв варьировало от 1,2% до 13,9%. Согласно составленной карте, наибольшее содержание ПОУ выявлено в почвах юго-западной части исследуемой территории.
Заключение. Использование растровых карт предикторов с низким исходным разрешением (1×1 км – WorldClim, 250×250 м – SoilGrids) и улучшенным до 30×30 м в сочетании с картами предикторов среднего разрешения (рельеф, растительность, пространственное положение) позволяет достичь лучших результатов в картографировании содержания ПОУ. Одни группы предикторов (климат, почва, пространственное положение) позволяют отобразить на итоговой карте глобальный тренд в изменении содержания ПОУ, а другие (рельеф, растительность) – дифференцирующие/детализирующие тренды, учитывающие особенности рельефа и растительности. Таким образом, предикторы, характеризующие разные факторы почвообразования, взаимно дополняют друг друга в их совмещённом наборе и позволяют получить более детальные/дифференцированные карты при проведении картографирования содержания ПОУ в почвах
Микроморфологическое строение органической и минеральной части тундровых почв дельты реки Лены
Full text linkThe aim of the study was to define the unique micromorphological properties and mechanisms responsible for the development of stable organomineral pedofeauteres in the soils of the Lena River Delta.
Location and time of the study. The study area is located on Samoylovsky Island and a newly formed, Ivovyi island in the Lena River Delta, Yakutia, Russia. Fieldwork was conducted during the summer field season of 2021.
Methods. Standard micromorphological methods were employed for soil analysis. Determination of minerals took place on polarisation microscope Leica DM750P, calculation of organomineral particles took place in software complex ImageJ ver. 1.54m.
Results. This study identified key patterns in the influence of cryogenesis and river activity on soil formation within the first terrace of the Lena River delta. On micromorphological level it was revealed that soils under river influence are characterized by large organomineral aggregates composed of thin organic matter, quartz, mica, and undecomposed plant residues. The formation of these organomineral aggregates is attributed to active humification of plant residues and a limited influence of cryogenesis. Soils out of the active floodplain exhibit a prevalence of undecomposed plant residues, indicating slow rates of organic matter transformation. Under the conditions of degradation of polygonal structures, active processes of cryogenic mass exchange and cracking are observed, which lead to the destruction of the organomineral matrix of soils and release of organic matter from the frozen state. According to the assessment of physical stabilisation of SOM, it was found that the degradation of polygonal structures can lead to a reduction in the stable carbon pool in soils due to the active occurrence of cryogenic processes, thus increasing the potential labile carbon pool, which can be subject to biodegradation.
Conclusions. As a result of the river action and cryogenic processes in the Lena River delta there is a significant transformation of soils, which is associated with the features of organic matter accumulation and formation of organomineral matrix of soils. The analysis of soil microstructure composition has shown that in soils under the active influence of the river the formation of organomineral pedofeatures takes place, despite the low degree of elaboration of the material. In soils out of annual flooding, thermokarst processes result in the release of soil organic matter, which increases the risk of biodegradation. Permafrost degradation demonstrates the vulnerability of cryogenic soils to carbon loss under climate change.Цель исследования. Определить особенности микроморфологического строения тундровых почв дельты реки Лены и формирования в них устойчивых органоминеральных агрегатов.
Место и время проведения. Остров Самойловский и молодой остров Ивовый, дельта реки Лены, Якутия, Россия. Полевые работы проводились в летний полевой сезон 2021 года.
Методы. В работе использовались общепринятые методы микроморфологического анализа почв; определение минералов осуществлялось на поляризационном микроскопе Leica DM750P; расчет органоминеральных агрегатов производился в программном комплексе ImageJ ver. 1.54m.
Основные результаты. Выявлены основные закономерности влияния криогенеза и деятельности реки на формирование почв на ее первой террасе. На микроморфологическом уровне установлено, что почвы, подверженные влиянию реки, характеризуются наличием крупных органоминеральных агрегатов, состоящих из тонкодисперсного органического материала, кварца, слюды, а также неразложившихся растительных остатков. Формирование органоминеральных агрегатов в почвах высокой поймы Лены обусловлено активными процессами гумификации растительных остатков и слабым влиянием криогенеза. Почвы, формирующиеся вне влияния реки на первой террасе, характеризуются наличием большого количества неразложившихся растительных остатков, что указывает на слабые процессы трансформации органического вещества. В условиях деградации полигональных структур, отмечаются активные процессы криогенного массообмена, которые приводят к разрушению органоминеральной матрицы почв и высвобождению органического вещества из мерзлого состояния. Оценка физической стабилизации почвенного органического вещества показала, что деградация полигональных структур может привести к сокращению стабильного пула углерода в почвах за счет активного проявления криогенных процессов, тем самым увеличивая потенциальный лабильный пул углерода, который может быть подвержен биодеградации.
Заключение. В результате действия речных и криогенных процессов в дельте реки Лены отмечена существенная трансформация почв, которая связана с особенностями накопления органических веществ и формирования почвенной органоминеральной матрицы. Анализ состава почв на уровне их микростроения показал, что в находящихся под активным влиянием реки почвах происходит формирование органоминеральных агрегатов, несмотря на низкую степень проработанности почвенного материала. В почвах, неподверженных ежегодному затоплению, в результате действия термокарстовых процессов отмечается высвобождение почвенного органического вещества, что увеличивает риск его биодеградации. Деградация мерзлоты и полигональных структур обусловливает уязвимость криогенных почв к потере углерода в условиях изменения климата
Специфика насыщения снеготалыми водами почв агроценозов юго-востока Западной Сибири
Full text linkThe aim of the study was to evaluate the efficiency of winter precipitation use by soils on slopes in agrocenoses in the south-east of West Siberia during the pre-sowing period.
Location and time of the study. The cis-Salair drained plain and Bugotaktsky upland in the Novosibirsk region. 2019–2024.
Methods. Soil moisture content was determined using the thermostat-gravimetric method in samples taken with a drill to a depth of 150 cm, layer by layer, every 10 cm. Drilling was performed twice. Soil temperature measurement in the field and arrangement of temperature sites were carried out in accordance with GOST 25358-2012 and RD 52.33.760-2011. Autonomous temperature recorders were installed at the temperature site at the depth of 0, 5, 10, 15, 20 cm, then every 20 cm to a depth of 160 cm. The sensors were programmed for a 3-hour temperature measurement interval. Snow cover thickness was determined by regular snow surveys along parallel routes intersecting the catchment area every 100 m (RD 52.08.730-2010). The density and water reserves in the snow on different catena positions were determined in two replicates using a VS-43 snow gauge.
Results. Based on the weather data analysis during cold periods from 2019 to 2024, a continued, stable increase in precipitation, documented earlier by the authors, was established. During the winters studied, the region received an average of 180 mm of precipitation, which is 1.6 times higher than the long-term average. During the years studied, moisture reserves in the 0-50 cm layer of weakly eroded chernozems were below the minimal water-holding capacity, suggesting that the soils entered winter with sufficient water-holding capacity. Snowmelt in the region begins in the first half of April and, depending on the winter snowfall and weather conditions, can last from 5 to 15 days, during which time the soil thaws no more than 30 cm from the surface. By the time of the greatest surface meltwater runoff, this layer was saturated with meltwater to a moisture content exceeding the full water-holding capacity (thixotropic state). After surface runoff ceased, meltwater was discharged from the soils both deep into the soil profile (assuming the soils had completely thawed) and through subsurface runoff downslope. Exposure to direct sunlight and increasing 24-hour positive air temperatures resulted in additional soil moisture loss through evaporation. As a result, a few days after the end of the snowmelt and surface runoff of meltwater in the 0-30 cm layer of arable soils, moisture reserves were comparable to their autumn levels, and in some years, a deficit (below the minimal water-holding capacity) was observed.
Conclusions. Arable chernozems in south-east of West Siberia may experience soil moisture deficits in the pre-planting period, despite a large reserve of autumn water storage capacity, high precipitation during the cold period, and significant surface runoff of meltwater. Moisture content in the 0-30 and 0-50 cm soil layers after snowmelt, at or below the lowest water-holding capacity after the snowmelt period, indicates a specific absorption pattern of snowmelt water by chernozems in agrocenoses in the studied region. Soil moisture deficits in the pre-planting period on average occur twice per five-year period.
The presence of a subsurface frost barrier during snowmelt is the main barrier to meltwater, which could otherwise replenish moisture in the underlying soil layers. During 10 to 25 days between the end of snowmelt and the start of planting, under the influence of rising temperatures and direct sunlight, valuable moisture from the 0-30 cm layer of arable land is further lost to evaporation. Precipitation in May is crucial for agricultural crops at the beginning of the growing season; however, the emerging trend of a decreasing contribution of precipitation in this month in the total annual precipitation may pose challenges for achieving high and stable grain yields in the region.Цель исследования. На фоне тенденции увеличения количества зимних осадков оценить специфичность насыщения почв склоновых территорий агроценозов юго-востока Западной Сибири снеготалыми водами в предпосевной период.
Место и время проведения. Присалаирская дренированная равнина, Буготаксткий мелкосопочник в пределах Новосибирской области, 2019–2024 гг.
Методы. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом в образцах, отобранных буром до глубины 150 см послойно, через каждые 10 см. Проводилось двукратное бурение. Измерение температуры почвы в полевых условиях и обустройство температурных площадок проводили в соответствии с ГОСТ 25358-2012 и РД 52.33.760-2011. На температурной площадке устанавливались автономные регистраторы температуры на глубинах 0, 5, 10 ,15, 20 см и далее через каждые 20 см до глубины 160 см. Датчики программировались на 3-часовой интервал измерения температуры. Высоту снежного покрова определяли путем сплошных снегомерных съемок по параллельным маршрутам, пересекающим водосбор через каждые 100 м (РД 52.08.730-2010). Плотность и запасы воды в снеге на различных элементах катены определяли в двукратной повторности с помощью снегомера ВС-43.
Основные результаты. На основе анализа погодных данных в холодные периоды 2019–2024 гг. был установлен продолжающийся стабильный рост количества атмосферных осадков, зафиксированный авторами ранее. За исследуемые зимы в регионе в среднем выпало 180 мм осадков, что в 1,6 раз больше среднемноголетней нормы. В изучаемые годы было отмечено, что запасы влаги в слое 0–50 см слабоэродированных черноземов находились ниже уровня наименьшей влагоемкости, из чего можно предположить, что почвы уходили в зиму с резервом водовместимости. Таяние снега в регионе начинается в первой половине апреля и, в зависимости от снежности зим и погодных условий, может длиться от 5 до 15 дней, за которые почва успевает оттаять с поверхности не более чем на 30 см. К моменту наибольшего поверхностного стока талых вод этот слой пропитывался талой водой до содержания влаги, превышающее полную влагоемкость (тиксотропное состояние). После прекращения поверхностного стока происходил сброс талой воды из почв как вглубь почвенного профиля (при условии полного оттаивания почв), так и внутрипочвенным стоком вниз по склону. Под воздействием прямых солнечных лучей и нарастающей круглосуточной положительной температуры воздуха шел дополнительный расход почвенной влаги на испарение. В результате этого, через несколько дней после окончания снеготаяния и поверхностного стока талых вод, запас влаги в слое 0–30 см пахотных почв соответствовал осеннему, а в отдельные годы отмечен дефицит (ниже уровня наименьшей влагоемкости).
Заключение. Пахотные черноземы юго-востока Западной Сибири могут иметь дефицит почвенной влаги в предпосевной период, несмотря на большой запас осенней водовместимости, высокое количество осадков в холодный период и значительный поверхностный сток талых вод. Содержание влаги в слоях почвы 0–30 и 0–50 см после снеготаяния на уровне (или ниже) наименьшей влагоемкости свидетельствует об особенностях поглощения снеготалых вод черноземами агроценозов юго-востока Западной Сибири. Недостаток почвенной влаги в предпосевной период отмечен в среднем 2 раза в пятилетие. Наличие внутрипочвенного мерзлотного экрана во время снеготаяния является основной преградой для талых вод, которые могли бы пополнить запас влаги в нижележащих слоях почвы. За период в 10–25 дней между окончанием снеготаяния и началом полевых работ, под действием нарастающих положительных температур воздуха и прямых солнечных лучей происходит дальнейший расход влаги на испарение из пахотного слоя 0–30 см. Атмосферные осадки мая очень важны для сельскохозяйственных культур в начале вегетационного периода, однако намечающаяся тенденция снижения доли осадков этого месяца в их годовом количестве может создавать сложности для формирования высоких и стабильных урожаев зерновых в регионе