The Journal of Soils and Environment / Почвы и окружающая среда
Not a member yet
19035 research outputs found
Sort by
Оценка гидрофобных свойств нефтезагрязнённых почв методом водяного пятна (метод «Water Spot»)
Full text linkThe aim of the study was to assess the hydrophobicity degree of oil-contaminated soils using the Water Spot method.
Location and time of the study. The study was carried out in 2024 in laboratory conditions with typical chernozem and gray forest soil.
Methods. The sieved (2 mm, air-dried and milled soil samples were amended with oil in amounts needed to established the chosen concentration (0, 0,2, 0,5, 1, 3 and 5% on the mass basis). Then hexane and distilled water were added to reduce oil viscosity and increase soil moisture, respectively. After two days of incubating soil, sodium fluorescein solution was added onto the sample surface to visualize spot boundaries. The images were taken in a dark place under the ultraviolet light.
To determine the effectiveness of chitosan (as a natural sorbent), a second series of experiments was performed in the same setup, but with chitosan addition, followed with two days incubation. Sodium fluorescein was then applied, and the area of the resulting spot was imaged. The resulted images were processed using the CorelDRAW software and the Microsoft Excel analysis package.
Results. Oil contamination of soils usually disturbs the water regime. Increase in petroleum products content from 0,5 to 5% leads to decrease in absorbency and the area of the water spot on the soil surface. After treating the contaminated soil samples with 0,1% chitosan solution, the water spot area increased on average by 43% on the gray forest soil, and by 6% on typical chernozem. With a twofold increase in the concentration of chitosan solution, the water spot area increased on the gray forest soil by an average of 48% and by 46% on typical chernozem. Thus chitosan solution can be used as a sorbent when soil is contaminated with oil products.
Conclusions. The water spot method is reproducible, simple, and can be used to assess soil contamination with petroleum products. The results show that with an increase in the degree of pollution, a decrease in the area of the water spot on the soil is observed.Цель исследования. Оценить степень гидрофобности нефтезагрязнённых почв методом водяного пятна (метод «Water Spot»).
Место и время проведения. Исследования проводили в 2024 году в лабораторных условиях с чернозёмом типичным и серой лесной почвой.
Методы. В просеянные и высушенные почвенные образцы добавляли нефть для достижения выбранного уровня концентрации (0, 0,2, 0,5, 1, 3 и 5% по массе), а также гексан и воду для уменьшения вязкости повышения влажности почвы, соответственно. После двух суток инкубации почвы в закрытом состоянии наносили раствор флуоресцеина натрия, и результат фотографировали в тёмном месте при свете ультрафиолетового светодиодного фонаря. Для определения эффективности хитозана (как природного сорбента) во второй серии экспериментов, проведённой по аналогичной первой серии схеме, наносили на образцы раствор хитозана, и инкубировали ещё двое суток для проявления действия хитозана на поверхности почвы. Результаты обрабатывали при помощи пакета программ CorelDRAW и пакета анализа в Microsoft Excel.
Основные результаты. При нефтяном загрязнении почв, как правило, отмечается нарушение водного режима. При повышении концентрации нефтепродуктов от 0,5 до 5% в почве происходит снижение впитывающей способности, которое проявляется в уменьшении площади водяного пятна на поверхности почвы. После обработки загрязнённых нефтепродуктами почвенных образцов 0,1% раствором хитозана площадь водяного пятна увеличивается на серой лесной почве в среднем на 43%, на чернозёме типичном – на 6%. При увеличении концентрации раствора хитозана в два раза площадь водяного пятна увеличивается на серой лесной почве в среднем на 48%, на чернозёме типичном – на 46%. Таким образом, раствор хитозана можно использовать в качестве сорбента при загрязнении почв нефтепродуктами.
Заключение. Метод водяного пятна (метод «Water Spot») применим, прост и может использоваться при оценке загрязнённости почв нефтепродуктами: при увеличении степени загрязнённости наблюдается уменьшение площади водяного пятна на почве
Изменение флоры пахотной экосистемы на чернозёме в первые годы после прекращения агрогенного воздействия
Full text linkThe aim of the study Assessment of the floristic composition dynamics during four years after cessation of agrogenic influence on an long-term ploughed plot of ordinary chernozem at the Botanical Garden of the Southern Federal University.
Location and time of the study. The research was conducted in the botanical garden of the Southern Federal University (Rostov-on-Don) in 2016-2019.
Methods. Geobotanical descriptions were carried out according to conventional methods.
Results. During the first four years of abandonement, the floral composition of the studied area increased from nine plant species in the first year to 48 species due to spontaneous revegetation. In the first year of the postagrogenic regime, Asteraceae were the dominant family (96% of the total number of species). Subsequently, the share of this family decreased by 45% after two years and by 40% after three years. Four years after the start of the experiment, in addition to the Asteraceae family (33.3%), Poaceae (17%), Brassicaceae (4.2%), Apiaceae (4.2%), Polygonaceae (4.2%), Fabaceae (4.2%), Rosaceae (4.2%) prevailed in the community, whereas the remaining families accounted for 29%. The productivity of the abandoned site depended on the season of the study. Compared with the first year of observations, the total phytomass stock decreased by 26% by the fourth year of the postagrogenic regime. The spontaneous revegetation of the abandoned plot led to an improvement in the ecological condition and an increase in the biological activity of the soil.
Conclusions. Abandonement of the arable land resulted in a rapid increase in flora diversity, in the first years mainly due to the Asteraceae family. Phytomass at the abandoned land increased in the first year due to the cessation of ploughing and consequent spontaneous revegetation. Vegetation development led to an improvement of the ecological condition and increased biological activity of the soil.Цель исследования. Оценка динамики флористического состава в течение четырёх лет после прекращения агрогенного воздействия на старопахотном участке чернозёма обыкновенного ботанического сада Южного федерального университета.
Место и время проведения. Исследования проведены в ботаническом саду Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) в 2016–2019 гг.
Методы. Геоботанические описания проводили по общепринятым стандартным методикам.
Основные результаты. В течение четырёх лет залежного режима флористический состав исследуемого участка увеличился с 9 видов в первый год до 48 видов растений. В первый год постагрогенного режима Asteraceae являлись доминирующим семейством (96% от общего числа видов). В дальнейшем доля этого семейства снизилась до 45% через 2 года, до 40% через 3 года. Через 4 года после начала эксперимента в сообществе кроме семейства Asteraceae (33,3%) преобладали Poaceae (17%), Brassicaceae (4,2%), Apiaceae (4,2%), Polygonaceae (4,2%), Fabaceae (4,2%), Rosaceae (4,2%); на остальные семейства приходится 29%. Продуктивность залежного участка зависела от времени после перехода в залежный режим. По сравнению с первым годом наблюдений общий запас фитомассы снизился на 26% к четвёртому году постагрогенного режима.
Заключение. Прекращение агрогенного воздействия приводит к быстрому увеличению разнообразия флоры, в первые годы в основном за счёт семейства Asteraceae. Фитомасса на залежи возросла в первый год после прекращения вспашки. Развитие растительности привело к улучшению экологического состояния и повышению биологической активности почвы
Расчет метрологических характеристик методики определения гранулометрического состава грунтов пипеточным методом (по ГОСТ 12536-2014)
Full text linkThe aim of the study. To calculate precision indicators (repeatability and reproducibility) and uncertainty in determining the granulometric (grain) composition of soils using the pipette method.
Methods. Using the pipette method the content of the following granulometric fractions was determined in soil samples: 0,1–0,05 mm, 0,05–0,01 mm, 0,01–0,005 mm, 0,005–0,002 mm, 0,002–0,001 mm, less than 0,01 mm, less than 0,001 mm. The determination of pH of the salt extract was carried out by potentiometric technique, and organic matter was measured photometrically. For each aliquot of the sample 16 single measurements were obtained for each soil fraction. Based on these data, precision indicators were assessed under conditions of intra-laboratory repeatability and reproducibility, uncertainty indicators were assessed as well.
Main results. The following intralaboratory quality indicators were obtained for the method of determining the granulometric (grain) composition of soils using the pipette method:
1) The value of the intralaboratory repeatability indicator of analysis results (σr) ranged 0,4–1,8%.
2) The relative indicator of intralaboratory precision (σR) was within the 0,7–2,9% range.
3) Expanded uncertainty (U) for different soil fractions ranged from 0,9 to 3,9%.
Conclusions. The calculated metrological characteristics of determining the granulometric (grain) composition of soils using the pipette method facilitates the internal control of the measurements quality, promoting the quality and confidence in the laboratory work.Цель исследования. Расчет значений показателей прецизионности (повторяемости и воспроизводимости) и неопределенности определения гранулометрического (зернового) состава грунтов пипеточным методом.
Методы. В образцах почв пипеточным методом определяли содержание следующих гранулометрических фракций: 0,1–0,05 мм, 0,05–0,01 мм, 0,01–0,005 мм, 0,005–0,002 мм, 0,002–0,001 мм, менее 0,01 мм, менее 0,001 мм (ГОСТ 12536-2014). Определение рН солевой вытяжки проводили потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85), а органического вещества – фотометрическим методом (ГОСТ 26213-2021, п. 6.1). Для каждого образца рабочей пробы получено по 16 результатов единичных измерений для каждой фракции грунта. На основании полученных данных была проведена оценка показателей прецизионности в условиях внутри лабораторной повторяемости и воспроизводимости, а также показателей неопределенности методики по алгоритму, указанному в РМГ 61-2010 и ГОСТ 34100.3-2017.
Основные результаты. Рассчитаны следующие внутрилабораторные показатели качества методики определения гранулометрического (зернового) состава грунтов пипеточным методом:
1) Значение внутрилабораторного показателя повторяемости результатов анализа (σr) находится в интервале значений от 0,4 до 1,8%.
2) Относительный показатель внутрилабораторной прецизионности (σR) принимает значения в интервале от 0,7 до 2,9%.
3) Расширенная неопределенность (U) для разных исследуемых фракций грунта составляет от 0,9 до 3,9%.
Заключение. Рассчитанные метрологические характеристики определения гранулометрического (зернового) состава грунтов пипеточным методом позволят проводить внутренний контроль качества измерений и повысить качество результатов и доверие к лаборатории
Оценка длительного воздействия культуры Miscanthus sacchariflorus на свойства почвы
Full text linkThe aim of the study was to assess the effectt of different-age plantations of Miscanthus sacchariflorus cv. Soranovsky on the gray forest soil properties in the forest-steppe of West Siberia, Russia.
Location and time of the study. The experimental part of the research was carried out at the Research Experimental Station of the Institute of Cytology and Genetics SB RAS (Novosibirsk) in 2018-2020.
Methodology. The methods employed in the stydu were the most common ones for chemical and physical analyses of soils and plant samples.
Results. Differently aged plantations of Miscanthus sacchariflorus allowed obtaining 12-15 tons of dry mass per 1 hectare for 14 or more years without reducing the productivity. Miscanthus sacchariflorus can grow effectively in soils with low fertility. The humus content in light-textured soil increased by 0.3-0.4% over 11 years of Miscanthus growth, as compared with the fallow soil. Miscanthus sacchariflorus plantations showed a positive environment-forming effect, favourably affecting ecological and agronomic soil properties of the agrocenoses.
Conclusions. Miscanthus has broad adaptation potential in relation to low-fertility lands, preventing their progressive degradation, improving the ecological and agrochemical state of the ecosystems and facilitating agronomic production. Miscanthus has a beneficial environment-forming effect on low-fertility soils by enriching them with mineral nutrients and improving their humus and texture condition.Цель исследования. Оценить воздействие разновозрастных посадок Miscanthus sacchariflorus сорт Сорановский на свойства серой лесной почвы в условиях лесостепи Западной Сибири.
Место и время проведения. Экспериментальная часть исследований выполнялась в 2018–2020 гг. на научной экспериментальной базе ИЦиГ СО РАН (г. Новосибирск).
Методы. Использовали методы полевого опыта, химического, физического анализа почвенных и растительных образцов по общепринятым методикам. Статистическую значимость различий вариантов оценивали по наименьшей существенной разнице на уровне p≤0,05.
Основные результаты. Исследования показали, что разновозрастные посадки Miscanthus sacchariflorus позволяют получать 12–15 т сухой массы с 1 га в течение 14 и более лет без снижения урожайности. Подтверждена способность Miscanthus sacchariflorus эффективно произрастать на почвах с низким уровнем плодородия: за 11 лет произрастания Miscanthus на почве лёгкого гранулометрического состава содержание в ней гумуса возросло на 0,3–0,4%.
Заключение. Результаты проведённых исследований показали, что культура Miscanthus обладает широкими адаптационными возможностями применительно к малоплодородным землям, препятствуя их прогрессирующей деградации, улучшая эколого-агрохимическое состояние экосистемы и обеспечивая агрономическую целесообразность производства. Посадки Miscanthus оказывают благоприятное средообразующее влияние на низкоплодородные почвы, благодаря обогащению их элементами минерального питания, улучшению гумусного и структурного состояния
Трансформация торфяной залежи и накопление углерода на постпирогенных верховых болотах таёжной зоны Западной Сибири
No full textThe aim of the study was to assess of the transformation of the hydrologic and physical properties of peat deposits and peat accumulation rates in the post-pyrogenic sites of drained fens in the taiga zone of West Siberia.
Location and time of the study. Field studies were conducted in 2022 on the Bakchar fen (drained for forestry, seven plots) and Ust-Bakchar fen (drained for peat extraction, three plots) located in the Tomsk region.
Methods. Peat sampling was carried out from two boreholes at each plot in the hollow and the hummock. The sampling increment was 5 cm; the total depth was 45–90 cm. Peat samples were taken at nine subsites by the envelope method on each plot in 0–30 cm layer by 10 cm increment for water content determination in laboratory. Laboratory study of peat characteristics was carried out using the following methods: water and ash content measurements (GOST 11306-2013, GOST 11306-2013), estimation of peat decomposition and humification degree, botanical composition (GOST 28245-89), as well as measuring peat bulk density. Carbon stocks in the upper layer of peat deposits was estimated using the values of peat ash content and density.
Results. The peat deposit of the upper layers was formed mainly by sphagnum peat with Sphagnum fuscum plant residues predominating. The differences between hollows and hummocks in their peat properties were manifested to a depth of 5–15 cm from the surface of depressions. The burnout of the hollows led to the changes of all peat properties to a depth of 10–15 cm: the changes were more pronounced in ash content, which was 1.5–9 times higher in the 0–5 cm layer as compared with the unburned site. The changes in peat properties on positive relief forms, i.e. moss hummocks, was less evident in the upper 0–5 cm layer, but reached a greater depth of 30 cm. The change was revealed mainly as an increase in peat ash content due to the migration of ash elements from the surface of burnt hollows and as an increase in bulk density due to subsidence of moss hummocks with the died-off sphagnum moss. Although the average water content in postpyrogenic and unburned sites was the same, amounting to 90–91% in the 0–30 cm layer, some difference was observed between the microrelief forms. The post-pyrogenic site in the Bakchar fen was characterized by water content decrease in hollows and hummocks, the maximum values being observed at an altitude near the average surface. In the Ust-Bakchar fen, water content was found to decrease from hollows to hummocks. In the Bakchar fen, 30 years after the fire peat accumulation occurred only on positive microrelief forms, where the 35 cm thick layer formed after the fire. Taking into account the microrelief heterogeneity, carbon accumulation over the post-fire period was estimated as 1.9 kg C/m2 or 60 g C/m2 per year. Peat accumulation seemed much slower in the Ust-Bakchar fen and was apparently absent on most of the surface. The average rate was estimated as 7 g C/m2 per year.
Conclusions. The study found fen hollows to be most prone to burnout. The consequences of the fire manifest themselves in the drying of the upper layer of the peat deposit, thus preventing intensive overgrowth by sphagnum mosses 6–8 years after the fire. At the drained for forestry site in the Bakchar fen, 30 years after the fire the peat accumulation rate on moss hummocks was comparable to the rate in the unburned areas.Цель исследования. Оценка трансформации водно-физических свойств торфяной залежи и интенсивности торфонакопления на постпирогенных участках осушенных верховых болот таёжной зоны Западной Сибири.
Место и время проведения. Полевые исследования проведены в 2022 году на верховых Бакчарском (участок гидролесомелиорации, 7 площадок) и Усть-Бакчарском (участок, осушенный для добычи торфа, 3 площадки) болотах, расположенных в Томской области.
Методы. Отбор проб торфа проведён из двух скважин на каждой площадке в понижении и повышении микрорельефа. Шаг отбора составлял 5 см, глубина отбора 45–90 см. Методом конверта в девяти точках на каждой площадке выполнен отбор образцов торфа в слое 0–30 см с шагом 10 см для лабораторного определения влажности. Торф охарактеризован по следующим параметрам: влажность (ГОСТ 11306-2013), зольность (ГОСТ 11306-2013), степень разложения и ботанический состав (ГОСТ 28245-89), степень гумификации и насыпная кислотности торфа. Расчёт запасов углерода в верхнем слое торфяной залежи проведён с использованием значений зольности и плотности образцов торфа.
Основные результаты. Торфяная залежь верхних горизонтов образована преимущественно сфагновыми торфами с преобладанием в составе растительных остатков Sphagnum fuscum. Выявлены различия в свойствах торфа между положительными и отрицательными формами, проявляющиеся до глубины 5–15 см от поверхности понижений. Выгорание понижений привело к трансформации всех свойств торфа до глубины 10–15 см, но в большей степени выражено в увеличении зольности, значения которой в слое 0–5 см в 1,5–9 раз выше в сравнении с фоновым участком. Трансформация свойств торфа на положительных формах рельефа – моховых подушках – в меньшей степени проявляется в верхнем слое 0–5 см, но характеризуется большей глубиной, достигающей 30 см. Трансформация выражена, главным образом, в увеличении зольности, за счёт миграции зольных элементов с поверхности горелых понижений, и плотности, вследствие проседания моховых подушек с погибшим сфагновым мхом. При схожих средних значениях влажности между постпирогенными и фоновыми площадками, составляющими 90–91% в слое 0–30 см, наблюдаются различия в распределении значений по формам микрорельефа. Для постпирогенной площадки на Бакчарском болоте характерно снижение влажности в понижениях и на положительных формах; максимальные значения наблюдаются на высоте около средней поверхности. На Усть-Бакчарском болоте влажность уменьшается от отрицательных форм к положительным. На Бакчарском болоте через 30 лет после пожара аккумуляция торфа происходит только на положительных формах; толщина слоя, сформировавшегося после пожара, достигает 35 см. С учётом неоднородности микрорельефа аккумуляция углерода в период после пожара оценивается в 1,9 кг С/м2 или 60 г С/м2 в год. На Усть-Бакчарском болоте аккумуляция торфа происходит значительно медленнее и отсутствует на большей части поверхности. Среднее значение оценивается в 7 г С/м2 в год.
Заключение. Выгоранию наиболее подвержены отрицательные формы микрорельефа. Через 6–8 лет после пожара его последствия проявляются в обсыхании верхнего слоя торфяной залежи, что препятствует интенсивному зарастанию сфагновыми мхами. На участке лесомелиорации на Бакчарском болоте аккумуляция торфа через 30 лет после пожара на положительных формах сопоставима по интенсивности с невыгоревшими участками
Сравнительная оценка методов седиментометрии при определении гранулометрического состава почв
Full text linkThe aim of the study was to carry out a comparative analysis of the results by determining of the particle-size distribution in different soil types by the 1) pipette method and 2) measurement device PARIO, using Integral Suspension Pressure plus method (ISP+).
Location and time of the study. The study was performed in the Core Research Facility "Physico-chemical Methods of Soil and Ecosystem Research" and in the Department of Soil Cryology of the Institute of Physical-Chemical and Biological Problems of Soil Science the Russian Academy of Sciences.
Methods. The determination of the particle-size distribution in soils was carried out by the pipette method and ISP+. Statistical processing of the analytical data was performed by Microsoft Excel and Statistica 12.
Results. The determination of the degree of discrepancy between the results of repeated determinations of the particle-size distribution in soils obtained by the pipette method and ISP+ showed that the coefficients of variation (CV) were different for different fractions. High reproducibility of the results was obtained for the clay fraction. For fractions of the coarse and middle silt, the CV values did not exceed 10-20%. The largest variation in the between repeated measurements using both methods was obtained for the fine silt fraction. The assessment of the average difference and its significance for fine silt and clay fractions by the pipette method and ISP+ showed that there were no significant discrepancies. For the coarse and middle silt, such assessment showed significant differences. Most of the studied soils (14 out of 17) obtained the same classification according to the determinations of the soil particle-size distribution by the compared methods.
Conclusions. The use of the PARIO measurement device for determining soil particle-size distribution allows to exclude disturbance of the suspension during the test run, to track the time and depth of sampling and to reduce measurement time significantly. This study showed the importance of taking into consideration the method of soil granulometry assessment, as results may be quite different, especially for the fractions of coarse and medium silt, thus affecting soil taxonomic attribution.Цель исследования. Провести сравнительный анализ результатов определений гранулометрического состава разных типов почв пипет-методом и с помощью измерительной системы почвенных частиц PARIO, с использованием расширенного метода определения интегрального давления суспензии (далее – ISP+).
Место и время проведения. Работа выполнена в ЦКП «Физико-химические методы исследования почв и экосистем» и отделе «Криологии почв» Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.
Методы. Определение гранулометрического состава почв проводили пипет-методом и ISP+. Статистическую обработку результатов анализов выполнили с помощью Microsoft Excel и Statistica 12.
Основные результаты. Определение степени расхождения результатов повторных определений гранулометрического состава почв, полученных пипет-методом и ISP+ показало, что для разных фракций коэффициенты вариации различны. Высокая воспроизводимость результатов определений при использовании обоих сравниваемых методов получена для глинистой фракции. Для фракций крупной и средней пыли значения коэффициентов вариации не превышали 10–20%. Самый большой разброс значений повторных определений при использовании обоих методов получен для фракции тонкой пыли. Проведённая оценка значимости различий между средними для фракций тонкой пыли и глины пипет-методом и ISP+ показала, что значимых расхождений нет. Для крупной и средней пыли такая оценка показала значимые различия. 14 из 17-ти исследованных почвенных образцов по результатам определений гранулометрического состава сравниваемыми методами получили одинаковую классификационную принадлежность.
Заключение. Использование измерительной системы почвенных частиц PARIO для определения гранулометрического состава почв позволяет исключить механическое вмешательство в процесс осаждения, отслеживание точности глубины и времени отборов проб, а также значительно сокращает время, затрачиваемое на проведение анализа. Метод ISP+, используемый в работе системы PARIO, даёт возможность получить непрерывную кривую распределения элементарных почвенных частиц по размеру. Проведённое сравнение результатов определения содержания гранулометрических фракций в разных типах почв выявило необходимость принимать во внимание конкретные методы, так как результаты могут расходиться, особенно для фракций крупной и средней пыли, и это может влиять на классификацию почв
Морфогенетические особенности структуры почвенного покрова Притазовского заполярья (Западная Сибирь)
Full text linkThe aim of the study. To give a morphogenetic characterization of the soil cover structure (SCS) of the Pritazovsky Arctic.
Location and time of the study. Soi geography and soil genesis studies were carried out in 2009–2011 in the southern tundra zone of West Siberia on the left-bank part of the Taz River, in its lower reaches. Laboratory work, including analyses, was carried out in 2010–2016.
Methods. A large-scale and detailed soil survey was conducted at two key sites with different landscapes. The developed soil maps were digitized in the QGIS package. The obtained digital data about the areas and perimeters of soil areas and soil combinations were converted into MS Excel, where their mathematical processing was done. When classifying soil combinations, the taxonomic system of V.M. Friedland was taken as a basis, as well as the quantitative indicators for the SCS morphogenetic analysis, the indicators also proposed by V.M. Friedland.
Results. The basis of the soil cover of the Pritazovsky Arctic consists of Gleysols and Сryosols, which occupy 90,9% of the area. As for the largest areas of these soils, they vary slightly in area and outer perimeter length, having a simple geometric structure. All elementary soil areas (ESA) and soil combinations belong to small and medium-sized areas (<30 ha). More than 90% of the ESA have very small size (<5 ha). The smallest elementary soil areas are occupied by Folic-Сryosols of polygonal roller bogs. Most of the soil areas (83%) of the studied territory have a rounded or elongated shape with slightly curved borders and a short outer perimeter, which determines their monolithic and poorly articulated structure (the coefficient of dissection <2,5). The main differentiating factors of the soil cover are cryogenesis, gley processes, and detritogenesis. In general, the Pritazovsky Arctic soil cover is characterized as monotonously heterogeneous for territories with broken relief and homogeneously monotonous for territories with flat relief.
Conclusions. The soil cover of the Pritazovsky Arctic territories with a broken relief is more classificationally contrasting and less geometrically complex compared with the soil cover of the territories with a flat relief. The latter has a very complex geometric structure due to the large number of very small ESA. A mosaic of small soil areas, i.e. the large number of ESA and soil combinations per unit area, strongly distinguishes the tundra soil cover from the soil cover of other bioclimatic zones of West Siberia.Цель исследования. Дать морфогенетическую характеристику структуры почвенного покрова (СПП) Притазовского заполярья.
Место и время проведения. Почвенно-географические и почвенно-генетические исследования проводили в период с 2009 по 2011 годы в подзоне южной тундры Западной Сибири в левобережной части бассейна р. Таз, в нижнем ее течении. Камеральные работы, в т.ч. аналитические исследования проводили в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН в период с 2010 по 2016 годы.
Методы. На двух ключевых участках, различающихся ландшафтами, проведено крупномасштабное, а местами детальное почвенное обследование. Созданные почвенные карты были оцифрованы в пакете QGIS. Математическая обработка полученных цифровых данных по площадям и периметрам ареалов почв и почвенных комбинаций (ПК) проводена с использованием MsExcel. При классификации почвенных комбинаций за основу взята таксономическая система В.М. Фридланда; также использованы предложенные им же количественные показатели для морфогенетического анализа СПП.
Основные результаты. Основу почвенного покрова (ПП) Притазовского заполярья составляют глееземы и криоземы, занимающие 90,9% площади. Большинство ареалов этих почв слабо варьируют по площади и внешнему периметру и имеют несложное геометрическое строение. По площади наиболее крупных контуров все элементарные почвенные ареалы (ЭПА) и почвенные комбинации относятся к мелко- и среднеареальным (<30 га). Более 90% контуров имеют очень мелкие размеры (<5 га). Наименьшими размерами ЭПА характеризуются торфяно-криоземы полигонально-валиковых болот. Большинство почвенных контуров (83%) исследуемой территории имеют округлую или вытянутую форму со слабоизвилистыми границами и небольшой длиной внешнего периметра, что обусловливает их монолитное и слаборасчлененное строение (коэффициент расчленения <2,5). Главными дифференцирующими факторами почвенного покрова являются криогенез, глеевые процессы, детритогенез. В целом, почвенный покров Притазовского заполярья характеризуется как монотонно-гетерогенный для территорий с расчлененным рельефом и гомогенно-монотонный для территорий с плоским рельефом.
Заключение. Почвенный покров территорий Притазовского заполярья с расчлененным рельефом более классификационно контрастен и менее геометрически сложен по сравнению с ПП территорий с плоским рельефом, который имеет очень сложное геометрическое строение из-за большого количества в нем очень мелких ЭПА. Мелкоконтурность и большое количество ЭПА и ПК на единицу площади сильно отличает почвенный покров тундры от ПП остальных биоклиматических зон Западной Сибири
Влияние пожаров на состав алифатических соединений в степных почвах Хакасии
Full text linkThe aim of the study was to assess the composition of aliphaticcompoundsinsoils of post-pyrogenicterritories of the steppezone.
Location and time of the study. Soilsampleswerecollected from a depth of 0-1 cm (litter – steppe felt) and from a depth of 1-10 cm. threemonthsafter the firesat the undisturbed (control) and post-pyrogenic study sitesin the Shirinskydistrictin the vicinity of the village(southernchernozem)andin the Ust-AbakandistrictnearUst-Abakan(southernchernozem)andChernogorsk(chestnutsoil).
Methods. Organic compounds were isolated from dried and crushed soils by extraction with 7% methanol solution in chloroform. The composition of organic aliphatic compounds was determined by chromatography-mass spectrometry.
Results. Hydrocarbons (n-alkanes), saturated and unsaturated fatty acids, ketones (n-alkane-2-ones, 10-nonacosanone, 16-gentriacontanone), n-aldehydes, alcohol 1-hexacosanol were found in the composition of soil aliphatic compounds. The total content of biomolecules in the upper soil layer of the control site was on average reduced by 82% compared to the litter. Under the influence of fire, there was a sharp decrease in the amount of n-aldehydes, fatty acids, and long-chain ketones in the litter, as compared with the undisturbed sites. The distribution of n-alkanes in soils was bimodal in nature: the first mode was represented by low–molecular even homologues C14–C22, common in microorganisms (mainly aerobic bacteria and fungi); the second mode was represented by the high–molecular odd structures C23-C35, indicating the contribution of terrestrial plants in soil organic matter. In the distribution of n-alkanes of soil felts after fires, an increase in the proportion of even low molecular mass homologues was found. In comparison with the control sites, a higher content of low molecular mass homologues was also characteristic of the n-aldehydes of the most litter samples of the of burnt areas. The fire affected the steppe felt and the topsoil itself to varying degrees. The initially low soil content of biomolecules and the distribution nature of the individual homologous series in burnt areas practically did not change as compared with the control sites. Thus, under the influence of fire, certain classes of biomolecules were destroyed, primarily those containing long paraffin chains. Later on, as a result of soil microbial activity, such compounds as low-molecular even n-alkanes are additionally formed.
Conclusion. Analysis of aliphatic compounds composition in Khakassia steppe soils in the undisturbed and post-pyrogenic sites showed that biomarkers such as n-alkanes and n-aldehydes are environmental indicators of their sources, degradation processes, pyrogenic destruction and soil organic matter transformation.Цель исследования. Оценка особенностей состава алифатических соединений в почвах постпирогенных и фоновых территорий степной зоны Хакасии.
Место и время проведения. Образцы почв отобраны через три месяца после пожаров на фоновых и постпирогенных участках в Ширинском районе в окрестностях с. Туим (чернозём южный), а также в Усть-Абаканском районе вблизи г. Усть-Абакан (чернозём южный) и г. Черногорск (каштановая почва).
Методы. Пробы отбирали с глубины 0–1 см (подстилка – степной войлок) и 1–10 см. Органические соединения выделены из высушенных и измельчённых почв путём экстракции 7% раствором метанола в хлороформе. Исследование состава органических алифатических соединений проводили методом хромато-масс-спектрометрии.
Основные результаты. В составе алифатических соединений почв обнаружены углеводороды (н-алканы), насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, кетоны (н-алкан-2-оны, 10-нонакозанон, 16-гентриаконтанон), н-альдегиды, спирт 1-гексакозанол. Суммарное содержание биомолекул в верхнем слое почвы фоновых участков снижено по сравнению с подстилками в среднем на 82%. Под воздействием пожара в подстилках происходит резкое снижение количества н-альдегидов, жирных кислот, а также длинноцепочечных кетонов по сравнению с фоновыми территориями. Распределение н-алканов в почвах носит бимодальный характер: первая мода представлена низкомолекулярными чётными гомологами С14–С22, характерными для микроорганизмов (преимущественно аэробных бактерий и грибков); вторая – высокомолекулярными нечётными структурами С23–С35, которые указывают на вклад наземных растений в органическое вещество почв. В распределении н-алканов почвенных войлоков после пожаров наблюдается рост доли чётных низкомолекулярных гомологов. Более высокое содержание низкомолекулярных гомологов характерно и для н-альдегидов большинства образцов подстилок горелых участков по сравнению с фоновыми территориями. Пожар в разной степени повлиял на степной войлок и непосредственно верхний слой почвы. Практически не изменилось изначально низкое содержание биомолекул в почве и характер распределения отдельных гомологических рядов на горелых участках по сравнению с фоном. Таким образом, под воздействием пожара разрушаются отдельные классы биомолекул, прежде всего характеризующиеся наличием длинной парафиновой цепи. В дальнейшем, в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, дополнительно образуются такие структуры как низкомолекулярные чётные н-алканы.
Заключение. Анализ состава алифатических соединений в степных почвах Хакасии на фоновых и постпирогенных территориях показал, что биомаркеры, такие как н-алканы и н-альдегиды, являются экологическими индикаторами источников, процессов деградации, пирогенной деструкции и трансформации органического вещества почвы
Картографические модели температурных полей почв степных котловин Хакасии и Тывы на основе совместного анализа наземных и спутниковых данных
Full text linkThe aim of the study was to justify the possibility of using quantitative characteristics of the temperature regime of soils obtained by a joint analysis of ground-based and satellite monitoring to create cartographic models of typological units of soil-bioclimatic zonation of the Khakassia and Tuva steppe basins.
Location and time of the study. The development of methodology for identifying the temperature fields boundaries was carried out in 2019-2022, using as a case example the soil cover typological units in the Altai-Sayan region, including the diversity of steppes of the Chulym-Yenisei and Minusinsk troughs, the Turan-Uyuk, Central Tuva, and Ubsu-Nur basins. Key areas were selected taking into account the principles of landscape zoning, which make it possible to recognize, classify and map landscape-differentiating factors, landscape components, the regional landscape structure in their entirety and its dynamic features.
Methods. Ground-based automated monitoring of air and soil was performed using specialized temperature recorders DS-1921G “Thermochron”, taking into account indicators reflecting the genetic unity of climate types in the Altai-Sayan region. To carry out retrospective analysis, statistical processing and visualization of MODIS data, a software and algorithmic toolkit created by the Institute of Computational Technology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Novosibirsk) was used: the software is based on a new technology for accessing the satellite data archive, implemented using the PostgreSQL DBMS with an additional module, designed for direct access to the file data archive without the need to first copy and convert the data format for the DBMS.
Results. Based on a joint analysis of quantitative indicators of the air and soil temperature regimes, obtained using ground-based automated measuring systems and satellite data, a series of cartographic models were constructed: the latter reflect the temperature fields characteristics of typological units of soil-bioclimatic zoning of the Altai-Sayan region. The interpretation of the identification of typological units of the soil cover structure performed on the basis of a statistical analysis of the combination of boundaries and information content of the contours of the soil cover and the boundaries of temperature fields (day and night temperatures, as well as the difference in temperatures of two compiled series, calculated over a 16-year period). The novelty of the approach is based on the fact that cartographic models of temperature fields, constructed on the basis of quantitative temperature indicators, have information content sufficient for establishing relationships between the temperature regime and other characteristics of natural environmental objects, contributing to solving the problem of identifying and typologizing soil-ecological boundaries.
Conclusions. Cartographic models of temperature fields obtained as a result of a joint analysis of ground-based and satellite data are sufficiently informative regarding the energy of soil-forming processes and can be used to assess soil thermal conditions in the inaccessible and hence poorly studied areas of the Altai-Sayan region.Цель исследования. Обоснование возможности использования количественных характеристик температурного режима почв, полученных на основе совместного анализа наземного и спутникового мониторинга для создания картографических моделей типологических единиц почвенно-биоклиматической зональности степных котловин Хакасии и Тывы.
Место и время проведения. Отработка методических положений выделения границ температурных полей проведена в период 2019–2022 гг. на примере типологических единиц почвенного покрова Алтае-Саянского региона, включающего разнообразие степей Чулымо-Енисейского и Минусинского прогибов, Турано-Уюкской, Центрально-Тувинской, Убсу-Нурской котловин. Ключевые участки выбраны с учетом принципов ландшафтного районирования, которые позволяют распознавать, классифицировать и картографировать ландшафтно-дифференцирующие факторы, компоненты ландшафта, региональную ландшафтную структуру в целом и ее динамические особенности.
Методы. Наземный автоматизированный мониторинг воздуха и почв был организован с использованием специализированного регистратора температуры DS-1921G “Thermochron” с учетом показателей, отражающих генетическое единство типов климата Алтае-Саянского региона. Для проведения ретроспективного анализа, статистической обработки и визуализации данных MODIS, использовался созданный в ИВТ СО РАН программно-алгоритмический инструментарий, базирующийся на новой технологии доступа к архиву спутниковых данных, реализованной с использованием СУБД PostgreSQL с дополнительным модулем, который предназначен для прямого доступа к файловому архиву данных без необходимости предварительного копирования и преобразования формата данных для СУБД.
Основные результаты. На основе совместного анализа количественных показателей температурного режима воздуха и почвы, полученных с использованием наземных автоматизированных измерительных комплексов и спутниковых данных, создана серия картографических моделей, отражающих особенности температурных полей типологических единиц почвенно-биоклиматической зональности Алтае-Саянского региона. Интерпретация выделения типологических единиц структурной организации почвенного покрова представлена на основе статистического анализа совмещения границ и информационного содержания контуров почвенного покрова и границ температурных полей – дневных и ночных температур, а также разницы температур двух скомпилированных серий, рассчитанных за 16-ти летний период. Новизна подхода заключается в том, что картографические модели температурных полей, созданные на основе количественных показателей температур, обладают достаточной информативностью, позволяющей устанавливать взаимосвязи температурного режима с другими характеристиками объектов природной среды и подойти к решению проблемы выделения и типологии почвенно-экологических границ.
Заключение. Картографические модели температурных полей, полученные в результате совместного анализа наземных и спутниковых данных, обладают достаточной информативностью в отношении энергетики почвообразовательных процессов и могут быть использованы для оценки термических условий почв малоисследованных и труднодоступных территорий Алтае-Саянского региона