The Journal of Soils and Environment / Почвы и окружающая среда
Not a member yet
19035 research outputs found
Sort by
Радиоэкологические исследования городских почв в Архангельской области
Full text linkThe aim of the study: to analyze the radioecological status of soils in the Mezen city and the Kamenka village (Mezensky district of the Arkhangelsk region) and to identify low-intensity anomalies in soil 137Cs, 226Ra, 232Th and 40K specific content on the studied territory.
Location and time of the study. Field work was carried out in the summer of 2021 on the territory of the Mezen city and Kamenka village and their environs (Mezensky district of the Arkhangelsk region).
Methodology. To accomplish the task, the soil from the upper 5 cm layer of Urbikvizems, Culturozems and Replantozems at 68 sites was sampled in the study area. Under laboratory conditions, the samples were air-dried and placed in Marinelli vessels to measure specific activity of isotopes by gamma spectrometry. The registration of gamma radiation from a soil sample, as well as the processing of the spectra, was carried out using the Progress-gamma software and hardware complex FVKM.412131.002-03. The energy calibration of the gamma spectrometer was carried out after each measurement using a combined control source OISN-137-1 in a 1-liter Marinelli vessel. The minimum exposure time for the counting sample was 3600 seconds.
Results. The specific activity of 137Cs in the upper 5 cm layer varied from 1,6 to 24,2 Bq/kg in Mezen and from 2,4 to 26,1 Bq/kg in Kamenka, with an average value of 5,88 and 8,27 Bq/kg, respectively; higher specific activities of this radionuclide was observed in the Kamenka soils as compared with the Mezen soils. For 226Ra and 232Th higher activity was also observed in the Kamenka soils. The 40K specific content in the urban soils of the studied area was almost uniform. The specific activity of technogenic 137Cs and natural radionuclides 226Ra, 232Th and 40K in the upper 5 cm of soil layer on pastures and grasslands was comparable to the urban soils in Mezen and Kamenka. In forest soils the 137Cs specific activity was more than three times higher, reaching 65,4 Bq/kg. Analysis of the spatial distribution of the specific activity of technogenic 137Cs and natural radionuclides 40K, 226Ra and 232Th showed that small local anomalies (SLA) of 137Cs (T1/2=30.17 years) were confined to the park zone of the central and southern parts of Mezen, where 4 MLAs were recorded. The natural radionuclides 226Ra (T1/2=1590 years), 232Th (T1/2=1, 41*1010 years) and 40K (T1/2=1.3*109 years) were found mainly in meadow soddy soils on the western outskirts of the city, in areas of one-story buildings (private sector), along banks of the Tova River and also in the airport area. In the rest of the Mezen city, the measured concentrations of the studied radionuclides were minimal. The spatial distribution of the studied radionuclides, revealed in the upper soil layer in the Mezen city, was also typical for Kamenka, where SLA of 137Cs were found in the soils of park areas in the southwestern part of the village without intensive anthropogenic impact. 226Ra and 232Th were characterized by increased concentrations on the outskirts of Kamenka in the north and south. The distribution of 40K is almost uniform throughout the entire study area, including not only the outskirts, but also the central parts of the village.
Conclusions. The content of natural and technogenic radionuclides in the urban soils of the Mezen city and Kamenka village do not exceed the maximum allowable concentrations and are typical for urban settlements in the Arkhangelsk region. Higher activity of 137cs the Kamenka soils as compared with the one in the Mezen soils can be explained by varying degrees of anthropogenic impact on soils in the studied area. SLA of 137Cs in park soils are due to the minimal anthropogenic impact; moreover, the soddy soil layer firmly fixes the atmospheric input by humic acids. SLA of 226Ra and 232Th in the meadow soddy is soils closely associated with the underlying sandy quaternary deposits, concentrating the elements. The SLA of potassium in these areas can be explained by the dense herbaceous vegetation, which easily involves the element in the biological cycle, thus contributing to its accumulation in the upper soil horizon.Цель исследования: провести анализ радиоэкологического состояния почв в городе Мезень и посёлке Каменка (Мезенский район Архангельской области) и выявить на их территории малоинтенсивные аномалии по удельному содержанию 137Cs, 226Ra, 232Th, 40K в почве.
Место и время проведения. Экспедиционные работы проведены летом 2021 года на территории города Мезень, посёлка Каменка и их окрестностей (Мезенский район Архангельской области).
Методология. Для выполнения поставленной задачи опробовали 68 точек на территории г. Мезень, п. Каменка и их окрестностей, где отобрали образцы из верхнего (0-5 см) слоя почв (урбиквазизёмов, культурозёмов и реплантозёмов). В лабораторных условиях пробы высушивали до воздушно-сухого состояния и помещали в сосуд Маринелли для измерения удельной активности изотопов методом гамма-спектрометрии. Регистрацию гамма-излучений от счётного образца почв и обработку спектров проводили с использованием программно-аппаратурного комплекса «Прогресс-гамма» ФВКМ.412131.002-03. Калибровку гамма-спектрометра по энергии проводили после каждого измерения с использованием комбинированного контрольного источника ОИСН-137-1. Минимальное время экспонирования счетного образца составляло 3600 секунд.
Основные результаты. Удельная активность техногенного 137Cs в верхнем (0-5 см) слое почвы изменялась от 1,6 до 24,2 Бк/кг в г. Мезень и от 2,4 до 26,1 Бк/кг в п. Каменка, при средних значениях 5,88 и 8,27 Бк/кг соответственно. При этом наблюдалась более высокая активность этого радионуклида в почвах п. Каменка по сравнению с почвами г. Мезень. Для 226Ra и 232Тh также выявили более высокие активности в почвах п. Каменка. Удельное содержание 40K в исследованных городских почвах практически равномерное. Удельная активность техногенного 137Cs и естественных радионуклидов 226Ra, 232Th и 40K в верхнем 5-ти сантиметровом слое почв на пастбищах и покосах сопоставима с городскими почвами г. Мезень и п. Каменка. В неподверженных антропогенному воздействию лесных почвах удельная активность 137Cs более чем в 3 раза выше и достигает 65,4 Бк/кг. Для 226Ra и 232Тh установлены более высокие активности в почвах п. Каменка, что связано с гранулометрическим составом и характером подстилающих почву четвертичных отложений. Удельное содержание 40K в исследованных почвах практически равномерное. Анализ пространственного распределения удельной активности техногенного 137Cs и естественных радионуклидов 40К, 226Ra и 232Th выявил, что малые локальные аномалии (МЛА) 137Cs (T1/2=30,17 лет) приурочены к парковой зоне центральной и южной части г. Мезень (4 МЛА). МЛА естественных радионуклидов 226Ra (T1/2=1590 лет), 232Th (T1/2=1,41*1010 лет) и 40K (T1/2=1,3*109 лет) выявлены, в основном, в луговых дерновых почвах на западной окраине города (Набережная им. В.И. Ленина), в районах одноэтажной застройки (частный сектор), вдоль берега р. Това, а также в районе аэропорта. На остальной территории г. Мезень измеренные концентрации исследованных радионуклидов минимальны. Схожее пространственное распределение исследованных радионуклидов в верхнем горизонте почв г. Мезень характерно и для п. Каменка. Максимальные значения активности 137Cs так же выявлены в почвах парковых зон, неподверженных интенсивному антропогенному воздействию, в юго-западной части посёлка, вдоль ул. Комарова. Для 226Ra и 232Th характерны повышенные концентрации на окраинах посёлка, в районе улиц Заводской, Гагарина и Шелгунова на севере и ул. Южная на юге посёлка. Распределение 40К практически равномерно по всей исследованной территории, включая не только окраины, но и центральную часть посёлка.
Заключение. Содержание естественных и техногенных радионуклидов в городских почвах г. Мезень и п. Каменка не превышает предельно допустимых концентраций, характерных для городских поселений Архангельской области. Более высокую активность 137Cs в почвах п. Каменка по сравнению с почвами в г. Мезень можно объяснить разной степенью антропогенного воздействия на почвы в этих населённых пунктах; МЛА 137Cs в почвах парков и скверов обусловлены минимальной степенью антропогенного воздействия на почву, при этом дерновый слой почв прочно фиксирует поступающий из атмосферы 137Cs гуминовыми кислотами. МЛА радия и тория в луговых городских почвах тесно связаны с подстилающими песчаными четвертичными отложениями, концентрирующими эти элементы. МЛА калия в данных районах вероятнее всего связана с большой плотностью травянистой растительности, легко вовлекающей этот элемент в биологический круговорот и способствующей его аккумуляции в верхнем почвенном горизонте
Опыт визуализации почвенно-микробиологических процессов в световом микроскопе. Сообщение 2. Наблюдение за участием грибов в образовании нового органического вещества почвы
Full text linkThe aim of the study was to describe how the initial stage of soil organic matter formation with the participation of fungi looks like in microbial landscapes.
Location and time of the study. The studies were carried out in 2018-2021. The objects of study: 1) leached chernozem (Luvic Chernozem), the forest-steppe of the Ob region (54°53\u2713.5" N and 82°59\u2736.7" E); 2) agro gray soil (Luvic Greyzemic Phaeozem) under perennial culture of Miscunthus sacchariflorus, the forest-steppe of the Ob region (54°53\u2713,5" N and 82°59\u2736,7" E); 3) a complex of permafrost alas soils (Cryosols) of varying degrees of pasture digression, Lena-Amga interfluve (62°33\u2724.3" N and 130°54\u2701.4" E); 4) cryogenic meadow-chernozem (Cryosol) soils on the high terrace of the Lena River near the city of Yakutsk (62°08\u2751" N, 129°45\u2745" E); and 5) Young soils on dumps after gold and tin mining in polar Yakutia (69°18\u2702,61\u27\u27 N, 139°55\u2735,89\u27\u27 E).
Methodology. The duration of glass slide exposure in field conditions ranged from a growing season to a year. To monitor the formation of new soil organic matter, glass slides were exposed for a year in moist soil samples at a constant temperature of +2oC. After exposure, the glass slides were dried, fixed, stained with carbolic erythrosine (5%), and examined microscopically at magnification of x40-x1000. We studied 50 fields of vision on one glass slide (3 slides on each variant). The snapshots were taken using Primo Star Zeiss microscope with an Axiocam105 color video camera.
Results. Visually, the formation of a new soil organic matter consists of the following stages: development of a fungal hyphae, accumulation of mineral particles in the space around hyphae, braiding of mineral particles with hyphae, formation of fungal fruiting bodies (basidiomata) and formation of globules, consisting of mineral particles, plant residues and fungal fruiting bodies of varying degrees of bacterial processing braided with hyphae of fungi.
Conclusions, The study presents one of the possible ways of new organic matter formation in the soils of technogenic landscapes of polar Yakutia. It was shown that young organic matter in these soils consists of the aggregation of fungal fruiting bodies at different stages of bacterial processing.Цель исследования: показать, как в микробных пейзажах выглядит начальный этап образования органического вещества почвы при участии грибов.
Место и время проведения. Исследования проведены в 2018-2021 гг. Объекты исследования: 1. Чернозём выщелоченный (Luvic Chernozem) в лесостепи Приобья; 2. Агросерая почва (Luvic Greyzemic Phaeozem) под многолетними посадками мискантуса (Miscuntus sacchariflorus) в лесостепи Приобья; 3. Комплекс мерзлотных аласных почв (Cryosols) разной степени пастбищной дигрессии в Лено-Амгинском междуречье; 4. Мерзлотные лугово-черноземные почвы (Cryosols) на высокой террасе р. Лена около г. Якутск; 5. Молодые почвы на отвалах после добычи золота и олова в полярной Якутии.
Методология. Длительность экспозиции стекол обрастания в полевых условиях составляла от вегетационного периода до года. Для наблюдения за образованием нового ПОВ стекла экспонировали в течение года во влажных образцах почв при постоянной температуре +2 oC. После экспонирования стекла сушили, фиксировали, красили карболовым эритрозином (5%) и просматривали под микроскопом при возрастающем увеличении от ×40 до ×1000. Изучали по 50 полей зрения на одном стекле (на каждом варианте по 3 стекла). Фотографии получены при помощи микроскопа Primo Star Zeiss с видеокамерой Axiocam 105 color.
Основные результаты. Визуально формирование нового органического вещества состоит из следующих этапов: развитие гифы гриба, формирование скоплений минеральных частиц в пространстве около гиф, оплетание минеральных частиц гифами, формирование на гифах плодовых тел грибов, образование глобул, представляющих собой скопление минеральных частиц, растительных остатков, плодовых тел разной степени переработки, оплетенных гифами грибов.
Заключение. На примере почв техногенных ландшафтов полярной Якутии рассмотрен один из возможных вариантов процесса образования нового органического вещества. Показано, что новое органическое вещество в данных почвах представляет собой скопление плодовых тел грибов с разной степенью бактериальной переработки
Влияние колебаний уровня грунтовых вод на мелиорированные солонцы северной лесостепи Барабинской низменности
Full text linkThe purpose of the study: to determine groundwater level and chemistry and their influence on soil properties.
Location and time of the study. Northern forest-steppe of the Baraba lowland (Chulymsky and Chanovsky districts of the Novosibirsk region, Russia), 2011–2021.
Methods. Determination of the groundwater level and subsequent collecting groundwater samples from the temporary wells in the experimental areas (with chemical melioration by applying gypsum and agrobiological melioration by destroying the solonetz horizon and sawing salt-resistant crops). Under laboratory conditions, soil and groundwater chemical properties and the cation-anion composition of the water extract of soils were measured.
Main results. Changes in the standing level of soils and their mineralization were revealed. The rise in the groundwater level resulted in the accumulation of easily soluble salts the soil profile, the saturation of the soil-absorbing complex with exchangeable sodium, and the restoration of the solonetzic horizon. In medium-deep and shallow solonetzes, reclaimed by the agrobiological method, the groundwater level was located at 240-250 cm in 2021, and salinization occurred only in the lower part of the profile (35-100 cm), while in the control variant, salinization occurred along the entire 1m profile.
Conclusion. In most of the Baraba Lowland, the capillary fringe of groundwater is constantly or periodically present in a soil profile. Under conditions of increased moisture in the territory, the development of degradation processes, such as soil secondary salinization and solonetzization, is diagnosed. In chemically reclaimed crusty solonetzes, with periodical groundwater rise to the 50 cm depth, the ameliorative effect had been maintained for more than 30 years, after which there took place a gradual secondary salinization of the soil profile and the accumulation of exchangeable sodium in the soil absorbing complex. Over the last decade both meliorated areas saw the groundwater table rise, bringing soil secondary salinization and solonetzization. Chemical melioration proved its efficacy in not only improving soil properties, but in sustaining it under soil secondary salinization by groundwater. Agrobiological approach to solonetz melioration can also be considered perspective for slowing soil quality deterioration and sustaining soil fertility.Цель исследования: определение уровня и химический состав почвенно-грунтовых вод и их влияния на свойства подпитываемых почв.
Место и время проведения. Северная лесостепь Барабинской низменности (Чулымский и Чановский район Новосибирской области) 2011–2021 гг.
Методы. Определение уровня залегания и отбор образцов грунтовых вод на экспериментальных участках (с химической мелиорацией гипсованием и агробиологической мелиорацией путем разрушения солонцового горизонта в сочетании с посевом солевыносливых культур) проводили во временных скважинах. В лабораторных условиях исследовали химический состав почвенно-грунтовых вод и катионно-анионный состав водной вытяжки почв.
Основные результаты. Выявлены изменения уровня стояния грунтовых вод и их минерализованности. После подъема уровня грунтовых вод в профиле почв произошло накопление легкорастворимых солей, насыщение почвенно-поглощающего комплекса обменным натрием, восстановление солонцового горизонта. В солонцах средних и мелких, мелиорированных агробиологическим методом при залегании грунтовых вод на уровне 240-250 см в 2021 г. зафиксировано засоление только нижней части профиля (35-100 см), тогда как в контрольном варианте произошло засоление по всему метровому профилю.
Заключение. На большей части Барабинской низменности капиллярная кайма грунтовых вод постоянно или периодически присутствует в профиле почв. В условиях увеличения увлажнения территории диагностируется развитие деградационных процессов, таких как вторичное засоление и осолонцевание почв. В химически мелиорированных корковых солонцах, периодически подпитываемых грунтовыми водами до глубины 50 см, сохранялся мелиоративный эффект на протяжении более 30 лет, после чего произошло постепенное вторичное засоление профиля и накопление обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе. Таким образом, на обоих участках в последнее десятилетие наблюдается подъем грунтовых вод, который приводит к вторичному засолению и осолонцеванию мелиорированных почв. Химическая мелиорации не только улучшила свойства почвы, но и показала высокую устойчивость своего действия при вторичном засолении профиля грунтовыми водами. Мелиорирование солонцов агробиологическим методом также представляется перспективным для замедления ухудшения качества почв и поддержания плодородия
Углеродный статус России и динамическое равновесие биосферы
Full text linkThe article examines the acute debatable issues of assessing the carbon status of terrestrial ecosystems. The concept of dynamic carbon balance in the biosphere is substantiated. The fallacy of the notion that terrestrial ecosystems of Russia represent an absolute sink of atmospheric carbon dioxide is shown. In the light of the new concept of dynamic equilibrium of the carbon cycle, estimates of the annual primary production of NPP, CO2 emissions from the soil surface (soil respiration) SR and carbon content in dry organic matter are considered. In modern conditions, the ratio NPP/SR~1 is an important quantitative criterion characterizing the carbon status of natural terrestrial ecosystems. The relative stability of climatic parameters is closely related to the large capacity of natural carbon reservoirs and the mechanism of systemic adaptation of the biological cycle.В статье рассмотрены острые дискуссионные вопросы оценки углеродного статуса наземных экосистем. Обоснована концепция динамического углеродного баланса в биосфере. Показана ошибочность положения о наземных экосистемах России как абсолютном стоке атмосферного углекислого газа. В свете новой концепции динамического равновесия углеродного цикла рассматриваются оценки годовой первичной продукции (NPP), эмиссии СО2 с поверхности почвы (дыхание почвы, SR) и содержания углерода в сухом органическом веществе. В современных условиях соотношение NPP/SR~1 является важным количественным критерием, характеризующим углеродный статус природных наземных экосистем. Относительная стабильность климатических параметров тесно связана с большой емкостью природных резервуаров углерода и механизмом системной адаптации биологического круговорота
Техногенная радиоактивность почв в районе маяка «Моржовский» (остров Моржовец, Архангельская область)
Full text linkThe aim of the study was to assess soil technogenic radioactivity in the vicinity of the Morzhovets Lighthouse and surrounding areas by measuring radio caesium (137Cs) specific activity.
Location and time of the study. Field work was performed in the area around the Morzhovets Lighthouse (the Morzhovets Island, Archangelsk region) in summer 2022.
Methods. Soil samples were collected at 26 sites from the 0-5 cm layer, of which at 12 sites soil samples were collected also from 5-10 и 10-20 cm layers. Aboveground phytomass was sampled as well. In the laboratory the soil samples were air-dried and placed in the Marinelli vessel for measuring 137Cs specific activity by gamma-spectrometry. Registration of the gamma-radiation from the measured soil sample, as well as processing of the obtained spectra were performed using the Progress-gamma software and hardware complex FVKM.412131.002-03. The energy calibration of the gamma spectrometer to control the safety of the setup parameters was carried out after each measurement using a combined control source OISN-137-1 in a Marinelli vessel. The minimal exposure time of the study sample was 3600 sec; however, the time was increased for some samples with low activity.
Results. The territory of the Morzhovets Island is occupied by the lowland seaside terraced plane landscapes with tundra vegetation on the illuvial-humus peaty podbur, alternating with mires, and gleyic peat-bog soils. Caesium specific radioactivity in the top 0-5 cm soil layer, represented by poorly decomposed peat horizon, was found to vary from 9.4 to 144.5 Bq/kg in the illuvial-humus peaty podbur (Gleyic Histic Entic Podzol) and from 12.2 to 139.4 Bq/kg in the gleyic peat-bog soils (Fibric Histosols (Gleyic)). The radio caesium specific activity was shown to decrease sharply with soil depth, reaching the 3 Bq/kg detection limit of the gamma-spectrometer. Comparative analysis of the data showed that in the West Arctic sector 137Cs specific activity decreases from the east to the west, with increasing distance from the Novaya Zemlya, from 80.2 Bq/kg (the Novaya Zemlya Archipelago) and 80.7 Bq/kg (Bolshezemelskaya Tundra) to 19. 2 Bq/kg (the Svalbard Island).
Conclusions. The 137Cs distribution in soil of the Morzhovets Island showed the persistent fixation of the element by the upper 5 cm-thick organic part of the soil profile, representing the primary biogeochemical barrier. The vegetation does not accumulate technogenic radioactivity. Overall, the 137Cs distribution in soils around the Morzhovsky Lighthouse displays a medley pattern. The maximal 137Cs specific activity values were measured both in the illuvial-humus peaty podbur and gleyic peat-bog soils.Цель исследования: провести анализ техногенной радиоактивности почв в районе маяка «Моржовский» и его окрестностях на основе определения удельной активности радиоцезия (137Cs).
Место и время проведения. Экспедиционные работы проведены в районе маяка «Моржовский» и его окрестностях (остров Моржовец, Архангельская область) летом 2022 года.
Методы. Всего было опробовано 26 точек из верхнего (0-5 см) слоя почв на территории маяка «Моржовский» и его окрестностях, из них 12 точек отобраны до глубины 20 см с интервалом отбора 0-5, 5-10 и 10-20 см. Также были отобраны образцы напочвенной растительности.
В лабораторных условиях почвенные пробы высушивали до воздушно-сухого состояния и помещали в сосуд Маринелли для измерения удельной активности 137Cs методом гамма-спектрометрии. Регистрацию гамма-излучений от счетного образца почв, а также обработку спектров проводили с использованием программно-аппаратурного комплекса «Прогресс-гамма» ФВКМ.412131.002-03. Калибровку гамма-спектрометра по энергии для контроля за сохранностью параметров установки выполняли после каждого измерения с использованием комбинированного контрольного источника ОИСН-137-1 в сосуде Маринелли объемом 1 литр. Минимальное время экспонирования счетного образца – 3600 секунд. Однако в зависимости от активности пробы время экспонирования в отдельных образцах со слабой активностью увеличивали.
Основные результаты. На территории острова Моржовец распространены низменные приморские террасированные равнинные ландшафты с тундровой растительностью на торфяно-подбурах иллювиально-гумусовых (Gleyic Histic Entic Podzols), чередующихся с болотами и торфяно-болотными глеевыми почвами (Fibric Histosols (Gleyic)). Удельная активность 137Cs в верхнем (0-5 см) слое, представляющем собой слаборазложившийся оторфованный горизонт, изменяется от 9,4 до 144,5 Бк/кг в торфяно-подбурах иллювиально-гумусовых, от 12,2 до 139,4 Бк/кг – в торфяно-болотных глеевых почвах. С глубиной в иллювиальных и торфяных горизонтах почв активность 137Cs резко снижается и достигает предельно измеряемых гамма-спектрометром величин – менее 3 Бк/кг. Сравнительный анализ показал, что активность 137Cs в почвах разных районов Западного сектора Арктики снижается с востока на запад, с удалением от ядерного полигона на Новой Земле: от 80,2 Бк/кг (Архипелаг Новая Земля) и 87 Бк/кг (Большеземельская тундра) до 19,2 Бк/кг (остров Шпицберген).
Заключение. Данные по распределению активности 137Cs в почвах, представленных на острове Моржовец, указывают на устойчивое закрепление элемента в верхней органической части почвенного профиля до глубины 5 см, что является первичным биогеохимическим барьером. Растительность не накапливает техногенной радиоактивности. В пространственном отношении распределение 137Cs в верхнем (0-5 см) слое почв в районе маяка «Моржовский» представляет собой мозаичную картину. Максимальные значения 137Cs были определены как в торфяно-подбурах иллювиально-гумусовых, так и в торфяно-болотных глеевых почвах
Оценка динамики баланса углерода в болотах южнотаежной подзоны Западной Сибири (Томская область)
Full text linkThe aim of the study was to assess carbon reserves and balance in oligotrophic and eutrophic bogs of the souther- taiga subzone of West Siberia.
Location and time of the study. The study was carried out at the field station "Vasyuganye" (56° 57′ N, 82° 30′ E) of the Institute for Monitoring Climatic and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences in oligotrophic and eutrophic undisturbed native. Field work was carried out during the growing seasons (May-September) from 1999 to 2012.
Methods. The estimation of biological productivity (phytomass stocks and net primary production) was carried out by the cutting method, underground production was determined by the method of monoliths. The rate of transformation of plant residues of peat-forming plants was assessed using the method of partially isolated samples. The rate of decomposition and loss of carbon was calculated as a percentage of the original mass and the original carbon content. CO2 emissions were measured by the chamber method. The annual CO2 flux from the surface of the peat deposit was modeled on the basis of the data obtained as a result of field measurements of CO2 emission. Additional carbon losses, such as methane emissions, winter emissions of CO2 and methane, and carbon removal with bog waters, were estimated based on published data. The annual carbon balance for the studied mire ecosystems was calculated as the difference between the carbon fluxes and NPP of bog ecosystems.
Results. The main carbon pools in mire ecosystems are concentrated in peat deposits. On average, for the study area, they are 74 kg/m2 for the oligotrophic bog, and 161 kg/m2 for the eutrophic one. Carbon reserves in the form of plant organic matter are much lower (50 times on average). As a result of many years of research, it was revealed that with a high interannual variability of the carbon balance in the period from 1999 to 2012, there are no significant trends in temporal changes of the carbon balance for the studied ecosystems. The annual absorption of carbon by the peatland ecosystems of the key site "Bakcharsky" with an area of 212 thousand hectares is about 3 × 105 tons.
Conclusion. Peatland ecosystems of the southern-taiga subzone of West Siberia are currently a constant sink of carbon and, as such, being sustainable natural formations, contribute to climate change mitigation.Цель исследования: оценка запасов и баланса углерода в олиготрофных и эвтрофных болотах южнотаежной подзоны Западной Сибири.
Место и время проведения. Исследования проводили на научно-исследовательском стационаре «Васюганье» (56° 57′ с.ш., 82° 30′ в.д.) Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН на олиготрофных и эвтрофных естественных ненарушенных болотах. Экспедиционные работы проводили в течение вегетационного периода (май-сентябрь) с 1999 по 2012 гг.
Методология. Изучение биологической продуктивности (запасов фитомассы и чистой первичной продукции) проводили укосным методом, подземную продукцию определяли методом монолитов. Оценку скорости трансформации растительных остатков растений-торфообразователей проводили методом частично изолированных проб. Скорость разложения и потери углерода рассчитывали как процент от исходной массы и исходного содержания углерода. Измерение эмиссии СО2 проводили камерным методом. Годовой поток СО2 с поверхности торфяной залежи был смоделирован на основе данных, полученных в результате натурных измерений эмиссии СО2 и выявленных зависимостей интенсивности потока от температуры воздуха. Дополнительные потери углерода, такие как эмиссия метана, зимние эмиссии СО2 и метана, вынос углерода с болотными водами, были оценены на основе литературных данных. Годовой баланс углерода для исследуемых болотных экосистем был рассчитан как разница между эмиссией углерода и NPP болотных экосистем.
Основные результаты. Основные запасы углерода в болотных экосистемах сосредоточены в торфяных залежах. В среднем для исследуемой территории они составляют: на олиготрофном болоте 74 кг/м2, эвтрофном – 161 кг/м2. Запасы углерода в виде органического вещества растений значительно ниже (в среднем в 50 раз). В результате многолетних исследований выявлено, что при высокой межгодовой вариабельности баланса углерода в период с 1999 по 2012 гг., для исследуемых болотных экосистем отсутствуют значимые тенденции изменений во временном ходе углеродного баланса. Ежегодное поглощение углерода болотными экосистемами ключевого участка «Бакчарский» площадью 212 тыс. га составляет около 3×105 т.
Заключение. Болотные экосистемы южнотаежной подзоны Западной Сибири в настоящее время являются местом постоянного стока углерода и, кроме того, являясь устойчивыми природными образованиями, способствуют смягчению последствий изменения климата
Флуоресцентные свойства гуминовых кислот почв разных условий формирования
Full text linkThe purpose of the study. To identify the features of humic acids of soils of different formation conditions using quantitative indicators of fluorescence spectra.
Place and time of the event. The research was carried out on the territory of Siberia, where in the period 2000-2021, key areas with different natural conditions were identified in different regions.
Methodology. Humic acids (HA) are considered as an independent component of the system of humus substances (SHS) of soils, the properties of which depend on the ecological conditions of formation. Soil samples were taken during the period of the most stable state of the system of humus substances in a continuous column every 5–10 cm and (or) less within the visible boundaries of genetic horizons. The HA preparations were isolated with 0.1 n NaOH after preliminary soil decalcification followed by precipitation with 2 n HCl. Additional purification from ash elements was not carried out. Fluorescence spectra of humic acid solutions with the same concentration of the substance (0.01 % HA) at pH of 13 were recorded in the wavelength range of 300–650 nm on an Agilen Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer at an excitation wavelength of 330 nm.
The main results. The average statistical quantitative indicators of the fluorescence spectra of humic acids of soils formed under different natural conditions were calculated: the position of the fluorescence maximum (λmax), the value of the first moment (M1), and the ratio of the integral fluorescence intensities in the areas of its maximum manifestation in the red and blue parts of the spectrum (coefficient α). The results showed that soils formed in different natural conditions have different ranges of values of all quantitative indicators of the fluorescent properties of humic acids. They differ significantly in tundra soils of plain and mountainous conditions, within the same mountainous country due to vertical zonality, within the same territory with ring zonality due to the change of humidification areas, and with other qualitative differences in the natural environment forming them. It is shown that M1 reflects the configuration features of humic acids due to the conditions of soil formation, while the coefficient α reflects the state of this soil component during the period of soil sampling depending on the local conditions of their functioning.
Conclusion. The analysis of quantitative parameters of the fluorescence spectra of humic acids of soils of different conditions of formation made it possible, using emission spectra at one excitation wavelength (330 nm), to identify the specifics of the fluorescent properties of humic acids, which manifests itself in the position of the fluorescence maximum on the spectral scale, the value of the first moment and the ratio of the values of integral intensities in the long-wave and short-wave spectral regions. The data showed that the fluorescence maximum as well as the value of the first moment in mountain-tundra soils lies within very narrow limits and is among the lowest values identified in our studies. Humic acids of plain tundra soils differ significantly from their mountain analogues in all indicators of fluorescent properties. In conditions of vertical zonation in the direction from the zone of tundra soils to the zone of steppe mountain areas, a shift of the fluorescence maximum towards an increase in the wavelength is observed, however, it does not go beyond the boundaries of the blue region of the spectrum. The maximum values of these indicators are characteristic of the fluorescence of GC soils of steppe areas of intermountain basins and steppe areas of plain conditions of the Trans-Urals and Altai Region Territory. The assessment of the significance of humic acid differences in the fluorescence properties of soils of hillocks and sports of plain tundra showed that the values of λ and M differ by 10 and 7 units, respectively, and that the differences between them are significant. Differences for other objects formed in different natural conditions at the local level in the absolute majority of cases turned out to be significant. The existence of a close correlation of the values of quantitative indicators of the fluorescent properties of humic acids with the ratio of the main structure–forming elements - H:C and with climatic parameters is shown, using the example of mountain soils of Tuva and pedogenically processed deposits of the archaeological monument Grotto Obi-Rahmat, which allows us to recommend the use of these easily and quickly obtaining characteristics as an indicator for assessing the state of soils and the natural environment.Цель исследования: выявить особенности гуминовых кислот почв разных условий формирования с помощью количественных показателей спектров флуоресценции.
Место и время проведения. Исследования проводились на территории Сибири, где в течение 2000–2021 гг. в разных регионах были выделены ключевые участки с различающимися природными условиями.
Методология. Гуминовые кислоты (ГК) рассматриваются как самостоятельный компонент системы гумусовых веществ (СГВ) почв, свойства которого зависят от экологических условий формирования. Почвенные образцы отбирались в период наиболее стабильного состояния системы гумусовых веществ сплошной колонкой каждые 5–10 см и(или) менее в пределах видимых границ генетических горизонтов. Препараты ГК выделялись 0,1 н NaOH после предварительного декальцирования почв с последующим осаждением 2 н HCl. Дополнительная очистка от зольных элементов не проводилась. Спектры флуоресценции растворов гуминовых кислот с одинаковой концентрацией вещества (0,01 % ГК) и при рН=13 снимались в диапазоне длин волн 300–650 нм на сканирующем спектрофлуориметре Agilen Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer при длине волны возбуждения равной 330 нм.
Основные результаты. Рассчитаны среднестатистические количественные показатели спектров флуоресценции гуминовых кислот почв, сформированных в разных природных условиях: положение максимума флуоресценции (λmax), величина первого момента (М1) и соотношение интегральных интенсивностей флуоресценции в областях максимального ее проявления в длинноволновой и коротковолновой частях спектра (коэффициент α). Результаты показали, что почвы, сформированные в разных природных условиях, имеют разные диапазоны величин всех количественных показателей флуоресцентных свойств гуминовых кислот. Они существенно различаются в тундровых почвах равнинных и горных условий, в пределах одной горной страны в связи с вертикальной поясностью, в пределах одной территории с кольцевой поясностью в связи со сменой зон увлажнения, и при других качественных отличиях формирующей их природной среды. Показано, что М1 отражает особенности конфигурации гуминовых кислот, обусловленные условиями формирования почв, тогда как коэффициент α – состояние этого почвенного компонента в период отбора почвенных проб, зависящий от локальных условий их функционирования.
Заключение. Анализ количественных параметров спектров флуоресценции гуминовых кислот почв, распространенных в разных природных условиях, позволил выявить диапазоны их колебаний в связи с изменением состояния почв и условий их формирования на региональном и локальном уровнях. Такие количественные показатели, как положение максимумов флуоресценции в спектрах испускания при постоянной длине волны возбуждения и величина первого момента, дающие общее представление о конфигурации гуминовых кислот, а также показатель, характеризующий соотношение периферической алифатической и центральной ароматической частей в структуре этих веществ (коэффициент α) могут использоваться для выявления особенностей гуминовых кислот почв разных условий формирования и для оценки состояния почв и формирующей их природной среды
Пилотный карбоновый полигон в России: анализ состояния почв и запасы углерода в лесной растительности
No full textThe aim of the study: Analysis of carbon stocks in soils and vegetation on the territory of the Pilot Carbon Polygon “Ugra”.
Location and time of the study. Kaluga region, Ugra National Park, March–October, 2020.
Methodology. The study was carried out on soils of four land use types: i) arable lands, ii) abandoned arable lands under grassland vegetation, iii) young forest vegetation (25–30 years old), and iv) mature mixed forest (75–80 years old). Two-four plots were located in each land use type. Soil samples were taken up to 50 cm by 10 cm layers. The content of organic carbon (Corg), total nitrogen (N), and the C/N ratio were determined. Considering soil density, the Corg and N stocks were calculated in the top 20 and top 50 cm. In the top 20 cm, the particle size distribution, pH(KCl), water holding capacity (WHC), and microbial properties (basal respiration, BR and content of microbial biomass, Cmic) were determined. Based on the forest inventory, the carbon stocks in phytomass and mortmass (dead trees) were estimated.
Main results. The Retisols of the Carbon Polygon “Ugra” are characterized by a sandy loamy texture and slightly acidic (arable land and fallows) or acidic (forest areas) reaction. Microbial activity in the top 20 cm of soil decreases in the following order: abandoned lands under grassland > young forest stands (25–30 years old) > arable lands > mature mixed forest. The BR variability was determined by 86–90 % by the Cmic content. The highest Corg stock in the 0–50 cm layer was in the arable soils (65.4±4.4 t C/ha), and the lowest Corg stock (41.4±0.4 t C/ha) was observed in the soils under young forest. The C/N ratio in the top 10 cm varied from 8.9 to 17.6 and depended on the composition of plant litter at the soil surface. The main C pool in the forest ecosystems, regardless of their age, was the phytomass of woody plants. This C pool exceeded the total Corg stocks in the 50-cm soil layer by 1.6 and 4 times in young forest and mature mixed forest, respectively. The total C stocks in the mature mixed forest were 3 times larger than in young forest stands.
Conclusions. The C stocks and the state of the soils of the Carbon Polygon “Ugra” depend on the current land use type, which in turn determines the composition of plant residues input on and in the soil. This is the reason for the most distinct differences between the studied soils in terms of Corg and N content, C/N ratio, and microbial characteristics. The age of forest stands is a key factor determining the total C stocks in soils and forest biomass.Цель исследования: характеристика почв и определение запасов углерода в лесной растительности на территории пилотного карбонового полигона «Угра».
Место и время проведения. Калужская область, Национальный парк Угра, март-октябрь 2020 г.
Методология. Исследования проводили на почвах разного землепользования: современная пашня, залежные почвы под луговой растительностью, молодые лесные участки 25–30-летнего возраста и смешанный лес (75–80 лет). Образцы почв отбирали из 4 прикопок и одного разреза, заложенных на 2–4 отдельных участках каждого типа землепользования из слоя 0–50 см с шагом 10 см. Определяли содержание общего углерода (С) и общего азота (N), отношение С/N. Поскольку в дерново-подзолистых почвах карбонаты отсутствуют, то содержание общего С можно принять равным содержанию органического С (Сорг). Учитывая плотность почвы, была выполнена оценка запасов Сорг и N в слоях 0–20 и 0–50 см. В слое 0–20 см определяли гранулометрический состав, величину рН(КCl), наименьшую влагоёмкость и микробную активность (скорость базального дыхания, БД и содержание углерода микробной биомассы, Смик). На лесных участках, на основе данных лесотаксационного учёта, были оценены запасы углерода в фитомассе и мортмассе (сухостой деревьев).
Основные результаты. Дерново-подзолистые почвы Карбонового полигона «Угра» характеризуются супесчаным гранулометрическим составом и слабокислой (пашня и залежи) или кислой (лесные участки) реакцией. Микробная активность почв в слое 0–20 см убывает в следующем ряду: залежь под луговой растительностью > 25–30-летние лесные насаждения > пашня > смешанный лес. Показано, что варьирование скорости БД на 86–90% определялось содержанием Смик в почве. Максимальные запасы Сорг в слое 0–50 см характерны для почв пашни (65,4 ± 4,4 т С/га), а минимальные (41,4 ± 0,4 т С/га) — для почв 25–30-летних лесных участков. Соотношение С/N в слое 0–10 см изученных почв варьирует от 8,9 до 17,6 и зависит от состава растительного опада, поступающего на поверхность почвы. Основным пулом С в лесных экосистемах, независимо от их возраста, является фитомасса древесных растений. Её запасы в лесных насаждениях 25–30‑летнего возраста и смешанного леса превосходят суммарные запасы Сорг в 50-см слое почв в 1,6 и 4 раза, соответственно. Общие запасы С в смешанном лесу в 3 раза выше, чем в древостоях 25–30‑летнего возраста.
Заключение. Запасы С и состояние почв Карбонового полигона «Угра» зависят от типа современного землепользования, который, в свою очередь, определяет характер поступающих в почву растительных остатков. Это является причиной наиболее отчётливых различий изученных почв по содержанию Сорг и N, отношению C/N и микробным характеристикам почв. Возраст лесных насаждений является ключевым фактором, определяющим суммарные запасы С в почве и фитомассе