The Journal of Soils and Environment / Почвы и окружающая среда
Not a member yet
19035 research outputs found
Sort by
Жуки-жужелицы (Сoleoptera, Сarabidae) как природный индикатор процессов развития биоценоза золоотвалов твёрдотопливной теплоэлектростанции на примере ТЭЦ № 5 (Новосибирск)
Get PDFThe aim of the study. The aim of the study was to reveal regularities in the development of ground beetles (Coleoptera, Carabidae)’ communities, to determine their species peculiarities as dependent on soil formation rate and soil ecology in the ecosystems developed on the terminated fly ash dump of the thermoelectric power station over nine years of restoration.
Location and time of the study. The main object of the study was a terminated fly ash dump No.1 of the thermoelectric power station No.5 in Novosibirsk, Russia. (54°59\u27 NL, , 83°03\u27 EL). Soil samples were collected in 2019, whereas the ground beetles were collected in 2017 and 2019.
Methodology. Six study sites, corresponding to the fly ash dump sedimentation zones, were chosen. The undisturbed white birch forest and clover-brome meadow were chosen as controls representing mature climax ecosystems. Soil cover, developing on the fly ash dump after its termination, was described according to the soil classification of technogenic landscapes, and was shown to consist of various types of embryozems (Technosols). Soil water content on each study site was measured in 0–5cm layer by gravimetric method. Soil samples were collected in May 2019. To collect ground beetles five traps were placed on each study site, each trap filled up to 1/3 of its volume with 4% acetic acid for fixing the trapped beetles. The beetles were collected in May–June 1017 and in June–July 2019. The data obtained were used to calculate α-biodiversity indices and perform cluster analysis using PAST v.3.09 software.
Main results. Altogether 74 species of the ground beetle we found: 60 species of ground beetles were identified in the revegetating fly ash dump areas, with 48 species found at the sites amended with potentially fertile substrate (PFS), and 35 species found at the sites without PFS addition. The control sites under birch forest and meadow had 14 and 10 species, respectively. Thus the ground beetles’ abundance in the reclaimed area was almost 3 times greater than in the non-reclaimed area (973 specimens vs. 347). Cluster analysis discriminated three groups in the studied fly ash dump sites, namely dry non-reclaimed sites, dry PFS sites and moist sites. Soil cover of the studied fly ash dump was represented by initial, organic matter accumulating, humus-accumulating and sod embryozems (Technosols).
Conclusion. Over nine years of spontaneous restoration at the terminated fly ash dump of the thermoelectric power station species rich and abundant communities of ground beetles were formed. These communities differed significantly from those at the adjacent undisturbed climax ecosystems used for comparison. Species richness and dynamic density of ground beetles was shown to increase from the control sites to non-reclaimed sites and PFS-reclaimed sites. The autonomous position in the catena was found to be occupied by the less evolutionary developed embryozem type, whereas downwards along the catena, i.e. with increasing soil moisture content, identified soil types belonged to higher evolutionary order. Therefore technical recultivation with fly ash dump overlaying with potentially fertile substrate or fertile soil allow accelerating soil cover development, as well as the development of an entire biogeocenosis.Цель исследования. Выявить закономерности развития сообщества жужелиц (Coleoptera, Carabidae), показать их видовую специфику на золоотвалах ТЭЦ в зависимости от уровня развития почвообразовательных процессов и почвенно-экологического состояния нарушенных участков.
Место и время проведения. В качестве объекта исследования был выбран золоотвал №1 ТЭЦ-5 г. Новосибирска (54°59\u27 с.ш., 83°03\u27 в.д.). Образцы почв отбирали в 2019 г.; жужелиц собирали в 2017 и 2019 гг.
Методология. На золоотвале были выбрано шесть учетных площадок, соответствующих зонам седиментации частиц. В качестве контроля были выбраны: березовый колок и луг кострецово-клеверный. Почвенный покров территории золоотвала описывали в соответствии с классификацией почв техногенных ландшафтов; почвенный покров сформирован различными типами эмбриоземов. Влажность почвы на каждом из участков исследования определяли в слое 0–5 см термовесовым методом. Отбор почвенных образцов проводили в мае 2019 г. Для сбора жужелиц на каждом участке было установлено пять ловушек, на 1/3 заполненных для фиксации жуков 4% уксусной кислотой. Сбор жужелиц проводили в мае–июне 2017 г. и в июне–июле 2019 г. По данным о населении жужелиц рассчитаны индексы α-биоразнообразия. Фауны различных биотопов сравнивали с помощью кластерного анализа в программе PAST 3.09.
Основные результаты. На всех участках обнаружено 74 вида жужелиц:на участках золоотвала обнаружено 60 видов жужелиц, при этом на секции с отсыпкой потенциально плодородной породой (ППП) отмечено 48 видов, а на секции с зольным материалом 35 видов. На контрольных участках отмечено 24 вида: в березовом колке 14 и на лугу 10 видов. Обилие жужелиц на рекультивированной секции почти в 3 раза больше, чем на нерекультивированной (973 экземпляра против 347). Кластерный анализ показал, что участки золоотвала по фауне жужелиц разделяются на 3 группы: группа сухих нерекультивированных участков, группа сухих рекультивированных участков и группа участков с переувлажнением. Почвенный покров исследуемого золоотвала представлен инициальным, органо-аккумулятивным, дерновым и гумусово-аккумулятивным эмбриозёмами.
Заключение. За девять лет самозарастания золоотвала на нем образовались сообщества жужелиц с высоким видовым богатством и обилием. Эти сообщества существенно отличаются от сообществ соседних ненарушенных биоценозов, выбранных для сравнения. Видовой состав и динамическая плотность жужелиц увеличивается в ряду контроль – зольный материал – отсыпка ППП. Установлена закономерность: автономное положение в ландшафтно-геохимической катене занимает эволюционно менее развитый тип эмбриозема, и с увеличением степени увлажненности и подчиненности по положению в рельефе эволюционный порядок типа почвы увеличивается. Проведение технического этапа рекультивации с применением потенциально плодородной породы или плодородного слоя почв, позволяет значительно ускорить развитие почвенного покрова и биогеоценозов в целом
Международная конференция «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем», посвященная 90-летию кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов ИГУ и году Байкала
Get PDFFrom August 23 to August 29, 2021, Irkutsk hosted the Vth International Scientific and Practical Conference "Soil as interlink for functioning of natural and anthropogenically transformed ecosystems" (hereinafter – the conference) dedicated to the 90th anniversary of the Department of Soil Science and Land Resources Assessment of the Irkutsk State University (ISU) and the Year of Baikal. The total number of participants of the conference was 130 from 27 regions of Russia and 6 other countries (the Republic of Belarus, Bulgaria, Georgia, Moldova, Lebanon and Lithuania). The article presents a brief review of plenary and sectional reports on the following research topics: 1) theoretical soil science: genesis, evolution, classification problems; 2). multidisciplinary approaches of soil science related to the use of soil science methods in other research areas and scientific and industrial areas; 3) Soil resources and land assessment (fertility, degradation, land reclamation, qualitative and economic assessment, ecology and land protection). A total of 43 presentations were given at the conference: 8 plenary and 35 sectional. The interested reader will find a detailed description of the reports presented in this review, as well as other and other conference materials in the collection "Soil as interlink for functioning of natural and anthropogenically transformed ecosystems" (2021).
A brief description of two excursions is given: (1) one excursion to the beautiful scenery at the shore of the Lake Baikal, held on August 23, 2021; (2) and another excursion at the Bratsk Reservoir on August 26-29, 2021. The purpose of the excursions wass to get acquainted with the nature and historical and cultural heritage of the Irkutsk region, Lake Baikal, as well as with soils, soil-forming rocks and natural features of the Southern Angara region. During the excursion tour, landscapes, rock outcrops and soil sections were presented: soils on a bumpy-depression relief; Paleolithic site of ancient man "Malta" with sections near the geoarchaeological objects "Malta-Bridge 3"; alluvial gray-humus soil in the floodplain of the Belaya River; exposure of Lower Cambrian rocks near the village Novomaltinsk; Cheremkhovsky coal mine; dispersed-carbonate gypseous chernozem near the Unga River; Novonukutsky gypsum mine; gray metamorphic soil and micellar-segregational chernozem on the bank of the Bratsk reservoir near the village Balagansk. At the end of the tour, the conference participants held a roundtable discussion about the problems of genesis and classification of the soils of the south of the Near-Angara region. The classification position of all the presented soils was justified within the framework of two classification systems: Classification of soils of Russia (2004) and Classification and diagnostics of soils of the USSR (1977). For scientific and informational support of the excursion, the guide "Southern Pre-Angara region: features of soil formation on rocks of different ages" (2021) was prepared and published.
The conference aroused great interest among a wide range of specialists in the field of soil science, agrochemistry and ecology, land resource assessment, landscape studies, etc. The organization of such events promotes exchange of experience and strengthens the cooperation between researchers from leading universities and research centers, advancing the effective development of soil science, research methodology and practice, generalizing the information about soil as a link between the functioning of natural and anthropogenically transformed ecosystems.С 23 по 29 августа 2021 г. в Иркутске состоялась V Международная научная-практическая конференция «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (далее – конференция), посвященная 90-летию кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов Иркутского государственного университета (ИГУ) и Году Байкала. Общее количество участников конференции – 130 из 27 регионов России и 6 стран зарубежья (Беларусь, Болгария, Грузия, Молдова, Ливан и Литва). Дан обзор пленарных и секционных докладов по следующим научным направлениям: 1. Теоретическое почвоведение: генезис, эволюция, классификационные проблемы; 2. Мультидисциплинарные подходы почвоведения, связанные с использованием методов почвоведения в других науках и научно-производственных направлениях; 3. Почвенные ресурсы и оценка земель (плодородие, деградация, мелиорация, качественная и экономическая оценка, экология и охрана земель). Всего на конференции заслушано 43 доклада: 8 пленарных и 35 секционных. Подробное изложение представленных в обзоре докладов и других материалов конференции заинтересованный читатель найдет в сборнике «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (2021).
Приведено краткое описание двух экскурсий: (1) научно-популярной на побережье озера Байкал, проведенной 23 августа 2021 года; (2) научно-полевой почвенной на Братское водохранилище, организованной 26-29 августа 2021 года. Цель экскурсий – знакомство с природой и историко-культурным наследием Иркутской области, озером Байкал, а также с почвами, почвообразующими породами и природными особенностям Южного Приангарья. По ходу почвенной экскурсии были представлены ландшафты, обнажения пород и почвенные разрезы на следующих остановках: почвы на бугристо-западинном рельефе; палеолитическая стоянка древнего человека Мальта с разрезами вблизи геоархеологического объекта Мальта-Мост 3; аллювиальная серогумусовая почва в пойме реки Белой; обнажения нижнекембрийских пород вблизи поселка Новомальтинска; Черемховский угольный разрез; чернозем дисперсно-карбонатный загипсованный около реки Унга; Новонукутский гипсовый рудник; серая метаморфическая почва и чернозем мицелярно-сегрегационный в окрестностях поселка Балаганск на берегу Братского водохранилища. В конце почвенной экскурсии участники конференции провели круглый стол по проблемам генезиса и классификационной принадлежности почв Южного Приангарья. Классификационное положение всех рассмотренных почв обосновано в рамках двух отечественных классификационных систем: Классификация почв России (2004) и Классификация и диагностика почв СССР (1977). Для научно-информационной поддержки почвенной экскурсии подготовлен и опубликован путеводитель «Южное Приангарье: особенности почвообразования на разновозрастных породах» (2021).
Проведение конференции вызвало большой интерес широкого круга специалистов в области почвоведения, агрохимии и экологии, оценки земельных ресурсов, ландшафтоведения и др. Организация подобных мероприятий содействует обмену опытом и укреплению сотрудничества между исследователями ведущих ВУЗов и научных центров, эффективному освоению передовых научно-методических достижений и практик, обобщению информации о почве как связующего звена функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем
Светлой памяти Дениса Александровича Гаврилова – коллеги и друга – посвящается
Get PDFThe article describes research and teaching activity of Denis Alexandrovich Gavrilov, Candidate of Biological Sciences, senior researcher with Soil Genesis Laboratory of the Institute of Soil Science and Agrochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, who died suddenly died young on August 26, 2021. He was also and enthusiastic and a hardworking publishing editor of the research journal Soils and Environment. The article briefly reviews of D.A. Gavrilov’s major publications presenting the results of his soil and combined soil and archeology studies, which he conducted both individually or in collaboration with other scientists from research and education institutions in Russia and Kazakhstan.Статья посвящена памяти Дениса Александровича Гаврилова – кандидата биологических наук, старшего научного сотрудника Института почвоведения и агрохимии СО РАН, редактора журнала «Почвы и окружающая среда» – скоропостижно скончавшегося 26 августа 2021 года. Представлены сведения о его научной и общественно-педагогической деятельности, приведены основные результаты и публикации по почвенным и почвенно-археологическим исследованиям, выполненным как самостоятельно, так и совместно с другими учеными из учреждений науки и высшего образования Российской Федерации и Республики Казахстан
Радиоэкологические исследования почв в районе разработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова (Архангельская область)
Get PDFThe aim of the study was to obtain new data and on their basis to analyze soil radioactivity in the Lomonosov diamond mining area (Arkhangelsk region, Russia).
Location and time of the study: Field studies were carried out in the summer of 2018 in the Lomonosov diamond mining area (Arkhangelsk region, Russia).
Methodology: To accomplish the task, 10 soil profile pits were cut, and 69 soil samples were taken from them. In the field, a description of soil morphology was carried out. Under laboratory conditions, the samples were dried at 105° C to constant mass. After weighing, the soil samples were placed in a Marinelli vessel to measure the specific activity of isotopes (cesium (137Cs), potassium (40К), radium (226Ra) and thorium (232Th)) by gamma spectrometry. Registration of gamma radiation from a counting soil sample, as well as processing of spectra was carried out 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 minimum exposure time of the counting sample was 3600 seconds. However, depending on the activity of the sample, the exposure time in individual samples with weak activity increased.
Main results: As a result of field studies, it was found that Podzols, characteristic of the northern taiga, prevail in this area. The maximum activity of 137Cs was concentrated in the litter-peat (11.4–71.8 Bq/kg) and the humus horizon (26.7–105 Bq/kg). In the podzolic and Al-Fe-humus horizons there was a sharp decrease in the activity, reaching the lowest measured values in the parent rock (2–3 Bq/kg). The general tendency for the accumulation of natural isotopes 40K, 226Ra, and 232Th in the soil horizons was found to be weakly related to soil type or subtype. In some soil pits an increase in the natural radionuclides with depth was observed, being mostly the characteristic of 40K as its activity changed downwards from 82.6 to 652 Bq/kg. The 226Ra and 232Th activities in the soil profiles varied from 2.4 to 47.2 Bq/kg and from 2.9 to 40.6 Bq/kg, respectively. This is due to the fact that thorium is strongly sorbed by soil; therefore, its migration along the soil profile is poorly expressed, and the element is deposited in soils in the form of hydroxides. Loamy and clayey soils, were shown to be more enriched in radium, whereas sandy soils were poor in this element. The amount of radioactive elements, contained in a soil, is largely determined by the concentration of their isotopes in the underlying rocks.
Conclusion: The peaks of increasing concentration in the Al-Fe-humus horizons (BF, BFg) were associated with an increase in the content of the clay fraction, Fe, Al hydroxides, which increase the sorption capacity of soils. The litter-peat and the humus horizon act as a biogeochemical barrier that retains radioactive elements in the soil for a long time. Due to the high filtration capacity of podzols, the underlying horizons are not reliable barriers. 137Cs and other radioisotopes can bind with humic substances, oxides and hydroxides of iron and aluminum, form humus-ferruginous complexes, precipitate as new soil formations, e.g. become part of the mineral composition of hard pans. The distribution of natural radioisotopes 40K, 226Ra and 232Th was found to be more chaotic and more related to the composition of the constituent rocks. The mobility and accumulation of radionuclides along soil profiles depends on the particle size distribution, the content of organic matter, sesquioxides, mineralogical composition, as well as on the temperature and water regime.Цель исследования. На основе новых данных провести анализ радиоактивности почв в районе разработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова (Архангельская область).
Место и время проведения. Полевые исследования проведены летом 2018 года в районе разработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова (Архангельская область).
Методология. Для выполнения поставленной задачи заложили 10 почвенных разрезов, из которых отобрали 69 почвенных образцов. В полевых условиях проведено описание морфологических свойств почв по генетическим горизонтам. В лабораторных условиях пробы почв высушивали в сушильном шкафу при температуре 105° С до постоянной массы. После взвешивания пробы помещали в сосуд Маринелли для измерения удельной активности изотопов (цезия (137Cs), калия (40К), радия (226Ra) и тория (232Th)) 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 проводили после каждого измерения с использованием комбинированного контрольного источника ОИСН-137-1 в сосуде Маринелли объемом 1 литр. Минимальное время экспонирования счетного образца составляло 3600 секунд. Однако в зависимости от активности пробы время экспонирования в отдельных образцах со слабой активностью увеличивали.
Основные результаты. В результате полевых исследований установлено, что в данном районе преобладают характерные для северной тайги почвы из отдела альфегумусовых (подзолы, Podzols). Максимальная активность 137Cs сосредоточена в подстилочно-торфяном (от 11,4 до 71,8 Бк/кг) и гумусовом (от 26,7 до 105 Бк/кг) горизонтах. В подзолистом и альфегумовом горизонтах происходит резкое снижение активности, достигающее в почвообразующей породе предельно измеряемых величин – от 2 до 3 Бк/кг. Общая тенденция накопления естественных изотопов 40К, 226Ra и 232Th в почвенных горизонтах в зависимости от типа и подтипа почвы выражена слабо. В ряде почвенных разрезов выявили увеличение активности естественных радионуклидов с глубиной: в основном это характерно для 40К, где его активность изменялась от 82,6 до 652 Бк/кг. Активность 226Ra и 232Th в почвенных профилях изменялась в пределах от 2,4 до 47,2 Бк/кг и от 2,9 до 40,6 Бк/кг, соответственно. Это связано с тем, что торий прочно сорбируется почвой, поэтому миграция его по почвенному профилю выражена слабо. Он осаждается в почвах в виде гидроксидов. Больше обогащены радием суглинистые и глинистые почвы, а песчаные почвы, напротив, бедны этим радионуклидом. Количество радиоактивных элементов, содержащихся в почве, в значительной мере определяется концентрацией изотопов в подстилающих горных породах.
Заключение. Пики повышения концентрации в альфегумусовых горизонтах (BF, BFg) связаны с увеличением содержания глинистой фракции, гидроксидов Fe, Al, повышающих сорбционную способность почв. Подстилочно-торфяный и гумусовый горизонт выступают в роли биогеохимического барьера, который удерживает радиоактивные элементы в почве на длительное время. Ввиду высокой фильтрационной способности подзолов нижележащие горизонты не являются надежными барьерами. 137Cs и другие радиоизотопы могут связываться с гумусовыми веществами, оксидами и гидроксидами железа и алюминия, образовывать гумусово-железистые комплексы, осаждаться в почвенных новообразованиях, например, входить в минеральный состав ортштейнов. Более хаотичный характер распределения естественных радиоизотопов 40К, 226Ra и 232Th в большей степени связан с составом почвообразующих и подстилающих пород. Подвижность и накопление радионуклидов по профилю зависят от гранулометрического состава, содержания органического вещества, полуторных оксидов, минералогического состава, а также от температурного и водного режимов почв
Прочносвязанное органическое вещество почв: характеристика и судьба в диагенезе
Get PDFThe main part of soil organic matter (OM) is mineral-associated: 88 ± 11% of С and even more – 93 ± 9% of N. The aims of the given study were: 1 – to demonstrate experimentally the adsorption selectivity of organic compounds towards minerals with different physico-chemical properties (palygorskite vs montmorillonite); 2 – to characterize mineral-associated OM of buried Late Holocene palaeosols and estimate its diagenetic transformations; 3 – to investigate the OM of humin from modern soils of different genesis and Pleistocene and Holocene palaeosols and estimate its diagenetic transformations. The basic soil properties were determined using standard methods. Clay fractions (<2 um) – natural organo-mineral complexes (OMC) were obtained by sedimentation, their mineralogy was studied by XRD. The elemental composition of OM was studied with CNS-analyzer. The structural characteristics of organic matter were determined with the solid-state 13C-NMR-spectroscopy and FTIR-spectroscopy, isotopic composition of C and N – by mass-spectrometry. The obtained results show that the characteristics of mineral-associated OM depends on the properties of mineral “filter” as well as the fate of OM under diagenesis: how long, in what quantity and quality it will persist. It was shown that palygorskite adsorbed predominantly O-alkyls, which are chemically strongly bound. As a result, the age of fulvic type humus in palygoskite palaeosols can reach 300 My. From other side humus of smectitic paleosols of the same age is present by deeply transformed aromatic structures (“coal”). Mineral-associated OM of buried under kurgans Holocene palaeosols contains more alkyls and carboxylic groups, is less aromatic in a comparison with OM of the respective soils. The specific feature of mineral-associated OM is its enrichment in N-compounds. The later are present by both vegetal and microbial compounds, and demonstrate the large affinity towards the mineral surfaces. The formation of chemical bounds between them provides the persistence of OM in OMC. E.g. H2O2 treatment results in preferential destruction of C-rich compounds and oxidized OM demonstrates larger C/N values. Mineral-associated OM of buried Holocene soils keeps the decreased values of C/N (7–14 vs 14–21 for OM of whole soils). Additionally they are characterized by heavier isotopic composition of δ15N in a comparison with the respective soils (5–11‰ vs 6–9‰). It could be explained either by the accumulation of microbial N, or increasing of the humification degree – the loss of aliphatic C and increasing of aromaticity. Humin is the considerable part of soil humus. Experimentally shown that OM of humins both of soils and OMC is enriched in O-alkyls and C of acetal groups. OM of humins are not homogeneous, and consists from at least two groups: mineral-associated OM and partly mineralized plant fragments. As a consequence, the content of humin in OMC is smaller in a comparison with respective soils. It is concluded that mineral-associated OM and humin as well as soil humus represent dynamic soil systems.Цель исследования. В статье кратко изложены результаты экспериментальных работ имеющих целью: 1 – продемонстрировать наличие селективности в адсорбции органических веществ (ОВ) минералами с принципиально различными физико-химическими характеристиками; 2 – на примере ОВ илистых фракций (природных органо-минеральных комплексов – ОМК) разновозрастных погребенных под курганными насыпями палеопочв второй половины голоцена изучить судьбу прочносвязанного ОВ в диагенезе; 3 – охарактеризовать ОВ гуминов почв разного генезиса и его судьбу в диагенезе на примере палеопочв плейстоцена и голоцена.
Методология. В работе используются наиболее распространенные понятия терминов, в том числе «органические вещества почв», «гумификация», «гумус», «гумин», термины «органическое вещество» и «органический углерод» используются как синонимы. Аналитические характеристики почв получены традиционными методами. Илистые фракции (<2 мкм) выделены методом отмучивания, их минеральный состав изучен методом рентгеновской дифрактометрии. Элементный состав препаратов гуминовых кислот и ОВ ОМК определен методом сухого сжигания. Их структурно-групповой состав исследован методами ИК-спектроскопии и твердофазной ЯМР спектроскопии на ядрах 13С, изотопный состав – методом масс-спектрометрии.
Основные результаты. Результаты проведенных исследований продемонстрировали, что свойства прочносвязанного ОВ почв зависят от кристаллохимических особенностей минеральной составляющей ОМК, которая выступает в роли своеобразного фильтра, а также влияет на последующую судьбу ОВ, определяя, как долго, в каком количестве и качестве ОВ будет сохраняться. Экспериментально показано, что палыгорскит сорбирует преимущественно О-алкилы, которые образуют с решеткой минерала прочные химические связи. Как результат, возраст прочносвязанного ОВ фульватного типа в палыгорскитовых почвах может достигать 300 млн лет. В отличие от палыгорскитовых палеопочв ОВ ОМК ископаемых почв такого же возраста со смектитовым минеральным составом представлено преимущественно ароматическими структурами. Прочносвязанное ОВ ОМК изученных погребенных почв голоцена содержит больше углерода алкилов и карбоксильных групп, характеризуется меньшей ароматичностью и большей степенью гумификации ОВ по сравнению с ОВ этих почв. Характерной особенностью состава прочносвязанного ОВ является его обогащенность соединениями азота. Будучи представленными смесью компонентов растительного и микробного происхождения, они имеют повышенное химическое сродство к минеральным поверхностям и обеспечивают устойчивость ОВ ОМК к внешним воздействиям (например, окислению ОВ раствором перекиси водорода), в ходе которых отмечается рост величины отношения C/N. Прочносвязанное ОВ погребенных голоценовых почв сохраняет низкие величины отношения С/N (7–14 против 14–21 для ОВ почв). Изотопный состав δ15N илистых фракций погребенных почв тяжелее изотопного состава азота валовых образцов (5–11 ‰ и 6–9 ‰ соответственно). Отмеченная тенденция объясняется накоплением в ОМК относительно более тяжелого микробиального N, а также ростом степени гумификации ОВ в целом – потерями алифатических фрагментов, ростом ароматичности. Гумины являются важной составляющей почвенного гумуса. Показано, что гумины почв и ОМК, как правило, обогащены углеродом О-алкилов и ацетальных групп. Фракция гумина не однородна и объединяет две принципиально различные группы органических веществ: прочносвязанное ОВ в составе ОМК и слаборазложившиеся растительные остатки (полисахариды, целлюлоза и др.). Как следствие, содержание фракции гумина в составе ОМК ниже, чем в почвенных образцах.
Заключение. Сделан вывод о том, что ОВ ОМК и ОВ гуминов – динамичные фракции почвенного гумуса, равно как и почвенный гумус в целом
Использование R для классификации гранулометрических классов почв и построения диаграммы Ферре
Get PDFThe article describes a detailed algorithm to recompute the size of the elementary soil particles obtained by Kachinsky technique (a method conventionally used by Russian soil scientists) into the international granulometric size distribution pattern of 2000-50-2 µm using the formula introduced by E.V. Shein in 2009. The article also describes step-by-step procedures to create Ferrers diagrams using the soiltexture”, “plotrix” и “ggtern”packages in R environment. One of the advantages of R software is its free distribution and usage, vast range of options for the diagram settings, and, in the process of doing so, accruing the experience of working with a very popular language for statistical analysis and data visualization. В статье приведен алгоритм пересчета размерности элементарных почвенных частиц по Н.А. Качинскому (1965) в международную градацию (2000-50-2 мкм) с использованием формулы Е.В. Шеина (2009) и построения диаграммы Ферре с помощью пакетов “soiltexture”, “plotrix” и “ggtern” в среде R. Преимуществом использования пакетов R является их свободное распространение, широкие возможности настройки диаграммы, получение опыта программирования в одном из распространенных языков для статистического анализа и построения научных иллюстраций
Роль В.В. Докучаева в становлении экологии почв как науки биосферного класса
Get PDFThe article examines the role of the outstanding scientist Vasily Vasilyevich Dokuchaev, whose 175th anniversary was March 1, 2021, in the development of soil ecology as a science of the biosphere class. The natural history methodology, which he introduced into scientific use, is discussed; the methodology was a milestone in the development of not only genetic soil science, but also all natural sciences.В статье рассматривается роль выдающегося ученого Василия Васильевича Докучаева, которому 1 марта 2021 года исполнилось 175 лет со дня рождения, в становлении экологии почв как науки биосферного класса. Обсуждается введенный им в научный обиход естественноисторический подход, что является вехой в развитии не только генетического почвоведения, но и всех естественных наук
Rainfall patterns associated with runoff and erosion levels in West-Siberian Chernozems
Get PDFThe aim of the study was to identify 1) the main regularities of surface runoff formation due to downpours and 2) the extent of erosion process on arable chernozems in areas with dissected relief and sharply continental climate. The influence of rainfall patterns and soil physical factors on soil erosion was studied in three large geomorphological regions in the South-East of West Siberia. Field observations were carried out during 1968–1979 in the Kuznetsk Depression and in 1984–1986 in the Near-Ob areas, and from 1995 until present in the Near-Salair area. The data of meteorological stations were analyzed for rainfall patterns in the same years, including inter-year variability and downpour recordings. Summer precipitation and its intensity were measured by using hydrograph unit. Water infiltration in the field was studied by the method of small flooded areas (Nesterov’s method), when square or round frames with an area of 2500 (external) and 625 cm2 (internal) were installed on the soil surface. To simplify and automate water supply, the PVN-00 device was used, consisting of two hermetically sealed tanks, two cylindrical frames of different diameters and a tripod. The influence of rainfall patterns and soil physical factors on the processes of soil erosion was studied. As regards climatic factors the data of meteorological stations were analyzed for historical rainfall patterns, including interannual variability and downpour recordings. Experimental data of water infiltration, runoff and soil loss were discussed for the main soils units: Greyzemic Phaeozems (Siltic), Luvic Chernozems (Siltic) and Haplic Chernozems (Siltic) with variable content of soil organic matter and erosion levels. The studied regions were characterized by the prevalence of precipitation during the warm growing season and by sporadic or cyclical precipitation patterns. Heavy rains were found to cause significant damage to agricultural land only locally, during early spring, when the soil is not protected by vegetation. The greatest erosion hazard is represented by meltwater, not only by its total amount, but also by the snow thawing rate. The significant decrease in the infiltration rates with extensive farming is the main factor of degradation of the most fertile soils in West Siberia. Soil vulnerability to erosion in the studied area was shown to decrease in the range: Kuznetsk Depression > Near-Salair > Near-Ob (no storm damage).The aim of the study was to identify 1) the main regularities of surface runoff formation due to downpours and 2) the extent of erosion process on arable chernozems in areas with dissected relief and sharply continental climate. The influence of rainfall patterns and soil physical factors on soil erosion was studied in three large geomorphological regions in the South-East of West Siberia. Field observations were carried out during 1968–1979 in the Kuznetsk Depression and in 1984–1986 in the Near-Ob areas, and from 1995 until present in the Near-Salair area. The data of meteorological stations were analyzed for rainfall patterns in the same years, including inter-year variability and downpour recordings. Summer precipitation and its intensity were measured by using hydrograph unit. Water infiltration in the field was studied by the method of small flooded areas (Nesterov’s method), when square or round frames with an area of 2500 (external) and 625 cm2 (internal) were installed on the soil surface. To simplify and automate water supply, the PVN-00 device was used, consisting of two hermetically sealed tanks, two cylindrical frames of different diameters and a tripod. The influence of rainfall patterns and soil physical factors on the processes of soil erosion was studied. As regards climatic factors the data of meteorological stations were analyzed for historical rainfall patterns, including interannual variability and downpour recordings. Experimental data of water infiltration, runoff and soil loss were discussed for the main soils units: Greyzemic Phaeozems (Siltic), Luvic Chernozems (Siltic) and Haplic Chernozems (Siltic) with variable content of soil organic matter and erosion levels. The studied regions were characterized by the prevalence of precipitation during the warm growing season and by sporadic or cyclical precipitation patterns. Heavy rains were found to cause significant damage to agricultural land only locally, during early spring, when the soil is not protected by vegetation. The greatest erosion hazard is represented by meltwater, not only by its total amount, but also by the snow thawing rate. The significant decrease in the infiltration rates with extensive farming is the main factor of degradation of the most fertile soils in West Siberia. Soil vulnerability to erosion in the studied area was shown to decrease in the range: Kuznetsk Depression > Near-Salair > Near-Ob (no storm damage)
Особенности гумусообразования в почвах дельты реки Лены
Get PDFThe aim of the study. Nowadays close attention is paid to polar soils due to the expected landscape transformation rate under the predicted climate crisis. Intensive degradation of permafrost and the release of nutrients from their frozen state can lead to an increase in the emission of greenhouse gases into the atmosphere, as well as the loss of landscapes. The aim of the study was to investigate the peculiarities of organic residues formation and humification degree as well as humus structure and functioning in soil the Lena River Delta.
Location and time of the study. The study was conducted on the Samoylov and Sardach Islands in the Lena River Delta (Yakutia, Russia). Field studies were performed during the summer of 2019.
Objects and methodology. Soils of the Lena River Delta from the Samoylov Island (flooded area) and Sardakh (non-flooded zone), i.e. Subaquatic Fluvisol (Arenic) and Histic Cryosol (Siltic) were the objects of the study, respectively. To examine the features of humification chemical-analytical, sedimentation, micromorphological methods were used, as well as CP/MAS 13C-NMR spectroscopy.
Main results. The data obtained indicate a high diversity of soils and soil formation conditions in the Lena River Delta. Under non-flooded conditions Histic Cryosol (Siltic) were formed in the flooded parts of the Samoylov Island, Subaquatic Fluvisol (Arenic) were formed. These soils play an important role in the global carbon cycle, accumulation, transformation and deposition of condensed high- and low molecular mass organic compounds in the composition of soils and permafrost. The main soil micromorphology features were identified. In the young landscapes the soil microstructure was represented by poorly sorted sand with a circular type of optical orientation of the soil plasma (which indicated the influence of the river), as well as vertically oriented micas (muscovite/biotite). Soils influenced by the floodplain process were characterized by the presence of coarse amorphous humus. Due to the long-term effect of the freezing/thawing processes on the permafrost-affected soils the biogenic aggregates were formed. In such organo-mineral microaggregates humus is fixed in the composition of mineral components consisting of particles of quartz, micas and Mn-Fe nodules and is in a stable state (physical stabilization of humus). To analyze the molecular composition the 13C NMR spectroscopy method was used. According to 13C NMR spectroscopy data, up to 37% of aromatic structural fragments accumulated in soils, which indicates the process of condensation of molecules in humic acids, thus showing a relatively high level of humus stabilization in the soils of the Lena River delta. From the data obtained, three main groups of chemical structural fragments that accumulate in the delta soils can be distinguished, such as C,H - alkyls ((CH2)n/CH/C and CH3), aromatic compounds (C–C/C–H, C–O) and the OCH group (OCH/OCq). In the studied humic preparations aliphatic structural fragments of HAs (63–64%) predominated, which indicated a deficiency of lignin and lignin-like compounds in the composition of humification precursors. The predominance of aliphatic structures is typical of humic substances formed under reduction conditions, including the aqueous humic substances, as well as in soils, the precursors of humification of which are typical tundra vegetation (mosses and lichens) with a predominance of carbohydrates (up to 80%). A significant amount of aromatic fragments accumulated in the delta in the alluvial soils of the first terrace of the river (flooded zone). This is apparently due to the formation of vascular plants in the flooded areas of the Lena River Delta. The chemical composition of vascular plants includes components such as tannins, flavonoids and lignin (arenas). Thus in the samples formed under vascular plants with a lignin content of about 30%, an increase in signals in the range of 110-160 ppm were observed. Aromatic and carboxyl fragments in the structure of HA were formed during the transformation of lignin, which leads to the resistance of HAs to biodegradation.
Conclusion. Under the floodplain condition humus is represented by coarse amorphous forms, whereas without the influence of flooding humus is fixed in mineral microaggregates. Specific humic acids composition in the studied regions is determined by bioclimatic conditions, cryogenic processes and the composition of humification precursors. High abundance of aromatic structures in humus substances suggests relatively stable humus status (most likely due to the putative condensation of humic acids) in the Lena River Delta during the study period.Цель исследования: выявить особенности формирования и степени гумификации органических остатков, а также структурно-функциональной организации гумуса в почвах дельты реки Лены.
Место и время проведения. Острова Самойловский и Сардах, дельта реки Лены, Якутия, Россия. Полевые работы проводились в летний полевой сезон 2019 года.
Объекты и методы. Объектами исследования послужили почвы дельты реки Лены: в затопляемой зоне острова Самойловский – стратозем серогумусовый (Subaquatic Fluvisol (Arenic)); в незатопляемой зоне острова Сардах – криозем грубогумусированный (Histic Cryosol (Siltic). Использовались общепринятые понятия терминов «органическое вещество почв», «гумус», «гумусовые вещества», сочетание традиционных и новых методов исследования почв и гумуса, в том числе химико-аналитический, седиментационный, микроморфологический, а также CP/MAS 13С-ЯМР спектроскопия.
Основные результаты. Были выявлены основные закономерности микроморфологической организации почв, в том числе состояние в них органических остатков и гумуса. Почвы, находящиеся под влиянием поемного процесса, характеризуются наличием грубого аморфного гумуса. В микростроении исследуемых почв, которые формируются вне поемного процесса, отмечено образование пылевато-песчаных микроагрегатов. В таких микроагрегатах гумус закреплён в составе минеральных компонентов, представленных частицами кварца, различных слюд и Mn-Fe конкреций, и находится в стабильном состоянии (физическая стабилизация гумуса). Согласно 13С ЯМР спектроскопии в гуминовых веществах почв накапливается до 37% ароматических структурных фрагментов, что может указывать на развитие процесса конденсации при формировании макромолекул гуминовых кислот (ГК) и свидетельствовать об относительно высоком уровне стабилизации гумуса в почвах дельты реки Лены.
Заключение. В результате исследований установлено, что в поемных условиях гумус представлен грубыми аморфными формами, вне влияния поемного процесса он закрепляется в минеральных микроагрегатах. Специфика состава гуминовых кислот в районе исследований определяется сочетанием биоклиматических условий, криогенных процессов и составом прекурсоров гумификации. Наличие высокой доли ароматических структурных фрагментов в гумусовых веществах позволяет предполагать относительно стабильное состояние гумуса в почвах дельты реки Лены в период проводимых исследований, который обусловлен возможным развитием конденсации гуминовых кислот