Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение №3 2015 (160,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Московского университета Вестник Серия 17 ПОЧВОВЕДЕНИЕ Издательство Московского университета НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ Основан в ноябре 1946 г. № 3 • 2015 • ИЮЛЬ–СЕНТЯБРЬ Выходит один раз в три месяца СОДЕРЖАНИЕ Биогеохимия Водяницкий Ю.Н., Шоба С.А. Биогеохимия углерода, железа и тяжелых ме таллов в переувлажненных почвах (аналитический обзор). . . . . . . . . . . . . . . . 3 Генезис и география почв Алябина И.О., К у к у ш к и н а О.В. Трансформация отображения почвенного покрова Нижегородской губернии на картах в XIX—XX веках . . . . . . . . . . . . 13 Жукова Ю.А., Хайдапова Д.Д., Ковда И.В., Моргун Е.Г. Реологи ческие характеристики слитоземных комплексов почв в разных климатических условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Кириллова Н.П., Силёва Т.М. Таксономическая диагностика почв c по мощью автоматизированного определителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Экология Агапкина Г.И., Столбова В.В., Бродский Е.С., Шелепчиков A.A., Фешин Д.Б. Приоритетные органические загрязнители в почве дендропарка Ботанического садаМГУимени М.В.Ломоносова. Сообщение 2. Особенности вер тикального распределения полициклических ароматических углеводородов в про филе урбодерновоподзолистой почвы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Почвенная биология Наджафова С.И. Экологическое состояние почвенного покрова вдоль основных автомагистралей г. Баку. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Ф у н г Т х и Ми (Вьетнам), Ма н учарова Н.А., Степанов А.Л., Позд  няков Л.А., Селицкая О.В., Емцев В.Т. Agrobacterium tumefaciens —ас социативная азотфиксирующая бактерия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Стр.1

CONTENTS Biogeochemistry Vodyanitskii Yu.N., S h o b a S.A. Biogeochemistry of carbon, iron and heavy me tals in wetlands (analytical review) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Genesis and Geography of Soils Alyabina I.O., Kukushkina O.V. Transformation of the soil cover representation of Nizhegorodskaya province on maps in the XIX—XX centuries . . . . . . . . . . . . . . 13 Zhukova Yu.A., Khaydapova D.D., Kovda I.V., Morgun E.G. Rheolo gical properties of vertisol complexes formed under various climate conditions . . . . . . 25 Kirillova N.P., Sileva T.M. An automated guide for soil classification . . . . . . . . . 31 Ecology Agapkina G.I., Stolbova V.V., Brodskiy E.S., Shelepchikov A.A., Feshin D.B. Рriority organic pollutants in soil of arboretum in Botanical garden of Lomonosov MSU. Report 2. Peculiarities of vertical distribution of рolycyclic aromatic hydrocarbons in the profile of urbosoddypodzolic soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Soil Biology Nadjafova S.I. Ecological state of soils alongside the main highways of the city Baku. . . 46 P h u n g T h i My (Vietnam), Manucharova N.A., Stepanov A.L., Pozd  nyakov L.A., Selitskaya O.V., Emtsev V.T. Agrobacterium tumefaciens as associative nitrogenfixing bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 ©Издательство Московского университета, «Вестник Московского университета», 2015

Стр.2

ВЕСТН. МОСК. УНТА. СЕР. 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2015. № 3 БИОГЕОХИМИЯ УДК 631.41:631.453 БИОГЕОХИМИЯ УГЛЕРОДА, ЖЕЛЕЗА И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ПОЧВАХ (аналитическийобзор) Ю.Н. Водяницкий, С.А. Шоба Микроорганизмы и высшие растения играют значительную роль в биогеохими ческих процессах мобилизации и иммобилизации элементов питания и токсикантов в переувлажненных почвах. Особенно это сказывается на поведении редоксчувстви тельных элементов — углерода, железа и тяжелых элементов (Cr,UиAs). Углерод ор ганического вещества в гидроморфных почвах участвует в редукции Fe(III) и других химических элементов с переменной валентностью. Оксиды железа сорбируют мно гие тяжелые металлы, а редукция оксидов железа под влиянием микробиологических процессов определяет их подвижность. Подвижность мышьяка как сидерофила воз растает за счет редукции (гидр)оксидов железа при снижении редокспотенциала. Со единения хрома и урана в переувлажненных почвах выпадают в осадок, но за счет ре дукции (гидр)оксидов железа как носителей этих элементов их подвижностьможет возрастать. Ключевые слова: гидроморфные почвы, биогеохимия, углерод, железо, тяжелые металлы. Введение Микроорганизмы и высшие растения играют значительную роль в биогеохимических процессах мобилизации и иммобилизации элементов пита ния и токсикантов. Влияние растений более слож ное, так как ризосфера корней формируется как за счет корневых выделений, так и за счет пула микроорганизмов. Специфически влияют биологические факто ры на геохимию разных элементов в переувлаж ненных почвах [53—55]. Особенно это сказывается на поведении редоксчувствительных элементов— углерода, железа и тяжелых элементов (хрома, урана и мышьяка). Интерес к углероду продиктован важной ролью органического вещества в развитии гидроморфных почв [1, 5]. Железо как макроэлемент с перемен ной валентностью определяет их основные диаг ностические показатели [1]. Поскольку (гидр)окси ды железа выступают как сорбенты ряда тяжелых металлов, их редукция влияет на подвижностьпо следних [21, 31, 34, 51]. Цельобзора—систематизироватьсведения о биогеохимии углерода, железа и тяжелых метал лов в переувлажненных почвах и проанализиро ватьвзаимодействие этих элементов при измене нии редоксусловий. Биогеохимия углерода Органическое вещество окисляется при учас тии различных акцепторов электронов. Быстрее всего этот процесс идет в автоморфных почвах, где электроны принимает кислород. Но при наличии достаточного количества альтернативных акцепто ров электронов в доступной для микроорганизмов форме деструкция развивается и в гидроморфных минеральных почвах. Все акцепторы электронов, участвующие в деструкции органического веще ства в анаэробной среде, можно разделитьна две группы в зависимости от эффективности высво бождения энергии, необходимой для жизнедеятель ности микроорганизмов [57]. Величину энергии, высвобождающейся при окислении органическо го вещества (например, в форме уксусной кис лоты), сравнивают с таковой, выделяющейся при аэробном дыхании, принимаемой за 100%.Кпер вой, высокоэнергетической группе относятся сле дующие реакции: денитрификация—93, редукция марганца (IV) — 87, редукция железа (III) — 85% от энергии окисления уксусной кислоты в аэроб ных условиях. Низкоэнергетическая группа вклю чает реакции сульфатредукции—6 и метаногене за—3%от энергии аэробного окисления уксусной кислоты. Фракции органического вещества разделяют на три большие группы — ароматические соеди нения, сахара + аминокислоты, предельные и жир ные кислоты. Каждая группа имеет свой механизм анаэробного окисления. Так, в случае редукции ароматические соединения при участии бактерий окислителей распадаются до СО2. При фермен тации сахаров и аминокислот образуется газооб разный водород. Ацетат, а также простые жирные кислоты при участии водорода (как источника энер гии) биологическим путем окисляются до углекис 3

Стр.3

4 ВЕСТН. МОСК. УНТА. СЕР. 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2015. № 3 лого газа. Метаногенез—более сложный процесс деструкции. В итоге все группы органического ве щества распадаются до водорода и ацетата с после дующим образованием углекислого газа и метана. Без участия органического вещества глееобра зование невозможно. При этом переувлажнение поверхностных горизонтов вызывает его значи тельную трансформацию [5, 7]. Микробиологи, изучающие биологическое вос становление (гидр)оксидов железа, выделяют две функции органического вещества почв [55]—как источника энергии, т.е. поставщика электронов, и как челнока — переносчика электронов от Fe редуцирующих бактерий к Fe(III). В первом слу чае мощным источником энергии являются сахара, во втором рольэлектронного челнока принадлежит гуминовым кислотам, причем, в отличие от пер вого варианта, органическое вещество в процессе редукции Fe(III) не расходуется. К настоящему времени накопилосьдостаточ но данных, свидетельствующих о потере гумуса в ходе оглеения за счет восстановления (гидр)окси дов железа [11]. Наиболее ярко это проявляется в почвах под рисом. Рассчитана степеньокисле ния органического вещества (в формеСН2О) за пе риод их затопления [69]: на одних полях его доля составляла от 1/3 до 2/3 суммарной продукции СО2, на других — от 1/7 до 6/7. Опытами по био логической редукции 18 почв из разных стран мира установлено, что количество полностью ми нерализованного углерода прямо коррелирует с со держанием редуцированного железа (коэффициент корреляции Пирсона r=0,64). Следовательно, вли яние редукции Fe(III) на процесс деструкции ор ганического вещества в почвах со слабым водооб меном оказывается вполне ощутимым. Очевидно, что общий итог редукции Fe(III) — потеря части органического вещества. Так как основной про цесс почвообразования — гумусонакопление, то оглеение, сопровождаемое окислением органиче ского вещества, надо рассматриватькак деграда ционный процесс. Биологическая редукция Fe(ОН)3 должна ска зываться не только на количестве, но и на качестве гумуса оглеенных горизонтов. В редоксотноше нии состав гумуса крайне неоднороден. Его компо ненты различаются по степени окисленности: они выступают и как окислители, и как восстановите ли. Различие в энергии гуминовых (ГК) и фульват ных (ФК) кислот значительное. Если оценивать энергию по теплоте сгорания, то в дерновопод золистых почвах для гуминовых кислот она дости гает в среднем 18, тогда как для фульвокислот — только 12 кДж/г [9]. Иногда в оглеенных лесных почвах снижение отношения Сгк:Сфк может бытьрезультатом потери энергии гуминовых кислот за счет редукции Fe(III). В.И. Савич с соавт. [11] приводят такие результа ты. В автоморфных серых лесных почвах Запад ной Сибири отношениеСгк:Сфк достигает 1,5—2,0. Оглеение приводит к снижению гуматности гу муса. В глубокооглеенных почвах это отношение уменьшается до 1,0, а в поверхностно оглеенных— до 0,6—0,7. Подчеркнем важное обстоятельство. Соедине ния Fe(III) редуцируются только за счет активных фракций органического вещества. Низкоэнерге тическая плохо разложившаяся торфянистая мас са не способна выступатьисточником энергии для редукционных процессов. Вероятно, в связи с этим в пределах мерзлотнотаежной области Восточной Сибири широко распространены мерзлотные гид роморфные неглеевые почвы [12]. Обычно на по верхности почв имеется торфянистый слой мощ ностью ~10 см. Под ним располагается бурый влажный гор. ВО с высоким содержанием гумуса (9—30%),причем гумус фульватного типа(Сгк:Сфк= = 0,6—0,7) и содержит много негидролизуемого остатка (60—70%). Наличие низкоэнергетическо го фульватного гумуса и обилие инертного негид ролизуемого остатка снижают энергетическую цен ностьорганического вещества. Переувлажненные криоземы не содержат железистых новообразова ний и отличаются равномерным распределением свободного железа без локального обезжелезне ния и ожелезнения. Для них характерно высокое содержание свободных соединений, достигающее 3—5% (Fe2О3)дит. Таким образом, процессы редук ции и обезжелезнения, характерные для европей ских оглеенных почв, не развиваются в переувлаж ненных азиатских криоземах. Биогеохимия железа Из всех акцепторов электронов в анаэробной среде выделяется Fe(III). Для этого естьнесколь ко причин. Вопервых, у железа оченьвысокий кларк—выше, чем у серы и марганца. Уже поэто му его рольв деструкции органического вещества является ведущей. Вовторых, в результате редук ции Fe(III) до Fe(II) изменяется цвет почвы, что и служит основой диагностики оглеенных почв (хо лодный цвет). Поэтому неудивителен огромный интерес исследователей к процессам биохимиче ской редукции Fe(III). Судьба железа в переувлажненных почвах опре деляется возможностью его восстановления. Для этого нужны следующие предпосылки. Вопервых, само Fe(III) должно бытьсосредоточено в соеди нениях, доступных микроорганизмам для редукции. Вовторых, поскольку процесс редукции эндотер мический, требуется источник энергии — легко окисляемое органическое вещество. Втретьих, нуж ны бактериижелезоредукторы, катализирующие процесс редукции [1, 6, 55]. Среди них наиболее изучены представители родов Geobacter и Shewa

Стр.4