Влияние микрорельефа на морфометрическую характеристику морфологических паттернов подзолов: результаты цифрового анализа изображений | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2025. № 72. DOI: 10.17223/19988591/72/1

Влияние микрорельефа на морфометрическую характеристику морфологических паттернов подзолов: результаты цифрового анализа изображений

Одной из ключевых задач современной морфологии почв является объективная количественная оценка неоднородности почв и дешифрирование почвенной памяти, закодированной в макроморфологических паттернах. Цифровые методы анализа изображений открывают новые возможности для её решения. В работе предложен подход цифрового морфометрического анализа зачисток подзолов (Glossic Stagnic/Folic Albic Podzols) среднетаежной подзоны Западной Сибири, сформированных на песчаных отложениях в двух формах микрорельефа - гриве и западине. Методология включала обработку фотографий горизонтальных и вертикальных зачисток, полученных при археологических раскопках, в программах Adobe Photoshop и ImageJ с выделением морфонов генетических горизонтов (O, E, Eh, BF1, BF2, BC, Box, [AY]) и расчётом их площадных и геометрических параметров. Установлены статистически значимые различия в распределении морфонов между элементами рельефа: в западинах выявлены гидрогенно-ожелезнённые (Box) и погребённые серогумусовые ([AY]) морфоны раннеголоценового возраста (7,8-8,5 тыс. кал. л.н.), а на гривах - псевдофибры. Показано, что формирование сложной морфонной организации является результатом сочетания процессов заполнения корневых ходов, ветровальных нарушений и последующей элювиально-иллювиальной дифференциации. Подход подтверждает перспективность цифровой морфометрии для количественной оценки внутрипрофильной неоднородности почв, реконструкции их генезиса и уточнения запасов почвенного органического углерода. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Скачать электронную версию публикации

Загружен, раз: 1

Скачать архив с дополнительными файлами

Загружен, раз: 2

Ключевые слова

подзолы иллювиально-железистые и языковатые, ветровалы, геоархеология, радиоуглеродный возраст, генезис почв, остаточногумусовые морфоны

Авторы

ФИО	Организация	Дополнительно	E-mail
Кузьмина Дарья Михайловна	Национальный исследовательский Томский государственный университет	канд. биол. наук, с. н. с. лаборатории биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды, Биологический институт	kuzmina.d.m.95@gmail.com
Лойко Сергей Васильевич	Национальный исследовательский Томский государственный университет	канд. биол. наук, зав. лабораторией биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды, Биологический институт	s.loyko@yandex.ru
Курасова Алина Олеговна	Национальный исследовательский Томский государственный университет	м. н. с. лаборатории биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды, Биологический институт	kurasovalina@gmail.com
Дудко Александр Андреевич	Научно-производственный центр «АРХЕО»	инженер-исследователь	a-dudko9@mail.ru
Васильева Юлия Александровна	Ямальская археологическая экспедиция	инженер-исследователь	jvsl@mail.ru
Константинов Александр Олегович	Национальный исследовательский Томский государственный университет	м. н. с. лаборатории биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды, Биологический институт	konstantinov.alexandr72@gmail.com
Кулижский Сергей Павлинович	Национальный исследовательский Томский государственный университет	д-р биол. наук., зав. каф. почвоведения и экологии почв, Биологический институт	kulizhskiy@yandex.ru

Всего: 7

Ссылки

Герасимова М.И., Губин С.В., Шоба С.А. Микроморфология почв природных зон СССР. Пущино : ОНТИ ПНЦ РАН, 1992. 214 с.

Stoops G., Sedov S., Shoba S. Regoliths and soils on volcanic ash // Interpretation of micromorphological features of soils and regoliths / ed. by G. Stoops, V. Marcelino, F. Mees. 2nd ed. Amsterdam : Elsevier, 2018. PP. 721-751. doi: 10.1016/B978-0-444-63522-8.00025-5.

Bockheim J.G. Diversity of diagnostic horizons in soils of the contiguous USA: A case study // Catena. 2018. Vol. 168. PP. 5-13. doi: 10.1016/j.catena.2017.10.016.

Hartemink A.E., Zhang Y., Bockheim J.G., Curi N., Silva S.H.G., Grauer-Gray J., Lowe D.J., Krasilnikov P. Soil horizon variation: A review // Advances in Agronomy / ed. by D.L. Sparks. USA : Elsevier, 2020. Vol. 160, № 1. PP. 125-185. doi: 10.1016/ bs.agron.2019.10.003.

Корнблюм Э.А., Михайлов И.С., Ногина Н.А., Таргульян В.О. Базовые шкалы свойств морфологических элементов почв. М. : Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1982. 57 с.

Martnez F.S.J., Munoz-Ortega F.J., Caniego Monreal F.J., Kravchenko A.N., Wang W. Soil aggregate geometry: Measurements and morphology // Geoderma. 2015. Vol. 237238. PP. 36-48. doi: 10.1016/j.geoderma.2014.08.003.

Hartemink A.E., Minasny B. Towards digital soil morphometrics // Geoderma. 2014. Vol. 230-231, № 2. PP. 305-317. doi: 10.1016/j.geoderma.2014.03.008.

Bryk M. Macrostructure of diagnostic B horizons relative to underlying BC and C horizons in Podzols, Luvisol, Cambisol, and Arenosol evaluated by image analysis // Geoderma. 2016. Vol. 263. PP. 86-103. doi: 10.1016/j.geoderma.2015.09.014.

Grauer-Gray J., Hartemink A.E. Raster sampling of soil profiles // Geoderma. 2018. Vol. 318. PP. 99-108. doi: 10.1016/j.geoderma.2017.12.029.

Zhang Y., Hartemink A.E. A method for automated soil horizon delineation using digital images // Geoderma. 2019. Vol. 343. PP. 97-115. doi: 10.1016/j.geoderma.2019.02.002.

Плотникова О.О., Романис Т.В., Куст П.Г. Сравнение методов цифрового анализа изображений для морфометрической характеристики почвенных агрегатов в шлифах // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2020. № 104. С. 199-222. doi: 10.19047/0136-1694-2020-104-199-222.

Козловский Ф.И., Горячкин С.В. Почва как зеркало ландшафта и концепция информационной структуры почвенного покрова // Почвоведение. 1996. № 3. С. 288-297.

Таргульян В.О., Горячкин С.В. Память почв: почва как память биосферно геосферно-антропогенных взаимодействий. М. : Изд-во ЛКИ, 2008. 692 с.

Лойко С.В., Герасько Л.И., Кулижский С.П. Группировка носителей почвенной памяти (на примере северной части ареала черневых систем) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 3. С. 38-49.

Таргульян В.О., Бронникова М.А. Память почв: теоретические основы концепции, современное состояние и перспективы развития // Почвоведение. 2019. № 3. С. 259-275. doi: 10.1134/S0032180X19030110.

Abe S.S., Yamamoto S., Wakatsuki T. Soil-particle selection by the mound-building termite Macrotermes bellicosus on a sandy loam soil catena in a Nigerian tropical savanna // Journal of Tropical Ecology. 2009. Vol. 25, № 4. PP. 449-452. doi: 10.1017/ S0266467409006142.

Pietsch D. Krotovinas-soil archives of steppe landscape history // Catena. 2013. Vol. 104. PP. 257-264. doi: 10.1016/j.catena.2012.12.003.

Ponomarenko D., Ponomarenko E. Describing krotovinas: A contribution to methodology and interpretation // Quaternary international. 2019. Vol. 502. PP. 238-245. doi: 10. 1016/j.quaint.2018.05.037.

Pawlik, L., Samonil P. Biomechanical and biochemical effects recorded in the tree root zone - soil memory, historical contingency and soil evolution under trees // Plant and Soil. 2018. Vol. 426. PP. 109-134. doi: 10.1007/s11104-018-3622-9.

Карпачевский Л.О., Дмитриев Е.А., Скворцова Е.А., Басевич В.Ф. Роль вывалов в формировании структуры почвенного покрова // Структура почвенного покрова и использование почвенных ресурсов. М. : Наука, 1978. С. 37-42.

Shaetzl J.S., Johnson D.L., Burns S.F., Small T.W. Tree uprooting: Review of terminology, process, and environmental implications // Canadian Journal of Forest Research. 1989. Vol. 19, № 1. PP. 1-11. doi: 10.1139/x89-00.

Васенев И.И., Таргульян В.О. Ветровал и таежное почвообразование: Режима:, процессы, морфогенез почвенных сукцессий. М. : Наука, 1995. 247 с.

Бобровский М.В. Лесные почвы европейской России. Биотические и антропогенные факторы формирования / под ред. А.С. Комарова. М. : Товарищество научных изданий КМК, 2010. 392 с.

Bobrovsky M.V., Loyko S.V. Patterns of pedoturbation by tree uprooting in forest soils // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2016. Vol. 1 (1). PP. 1-21. doi: 10.21685/2500-0578-2016-1-3.

Brantley S.L., Eissenstat D.M., Marshall J.A., Godsey S.E., Balogh-Brunstad Z., Karwan D.L., Papuga S.A., Roering J., Dawson T.E., Evaristo J., Chadwick O., McDonnell J.J., Weathers K.C. Reviews and syntheses: On the roles trees play in building and plumbing the critical zone // Biogeosciences. 2017. Vol. 14, № 22. PP. 5115-5142. doi: 10.5194/bg-14-5115-2017.

Васильевская В.Д., Иванов В.В. Почвы севера Западной Сибири. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1986. 225 с.

Bockheim J.G., Tarnocai С. Recognition of cryoturbation for classifying permafrost-affected soils // Geoderma. 1998. Vol. 81, № 3-4. PP. 281-293. doi: 10.1016/S0016-7061(97)00115-8.

Ping C.L., Bockheim J.G., Kimble J.M., Michaelson G.J., Walker D.A. Characteristics of cryogenic soils along a latitudinal transect in Arctic Alaska // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 1998. Vol. 103 (D22). PP. 28917-28928. doi: 10.1029/98JD02024.

Горячкин С.В. Почвенный покров севера (структура, генезис, экология, эволюция). М. : ГЕОС, 2010. 414 с.

Гаврилова И.П., Долгова Л.С. Песчаные почвы среднетаежной подзона: Западной Сибири // Природные условия Западной Сибири. М. : Изд-во Моск. ун-та. 1972. № 2. С. 34-50.

Матышак Г.В., Богатырев Л.Г., Гончарова О.Ю., Бобрик А.А. Особенности развития почв гидроморфных экосистем северной тайги Западной Сибири в условиях криогенеза // Почвоведение. 2017. № 10. С. 1155-1164. doi: 10.7868/S0032180X 17100069.

Murton J.B., Worsley P., Gozdzik J. Sand veins and wedges in cold aeolian environments // Quaternary Science Reviews. 2000. Vol. 19, № 9. PP. 899-922. doi: 10.1016/S0277-3791(99)00045-1.

Смоленцев Б.А. Структура почвенного покрова сибирских увалов (северотаежная подзона Западной Сибири). Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2002. 117 с.

Morse P.D., Burn C.R. Field observations of syngenetic ice wedge polygons, outer Mackenzie Delta, western Arctic coast, Canada // Journal of Geophysical Research: Earth Surface. 2013. Vol. 118, № 3. PP. 1320-1332. doi: 10.1002/jgrf.20086.

Remillard A.M., Hetu B., Bernatchez P., Buylaert J-P., Murray A.S., St-Onge G., Geach M. Chronology and palaeoenvironmental implications of the ice-wedge pseudo-morphs and composite-wedge casts on the Magdalen Islands (eastern Canada) // Boreas. 2015. Vol. 44, № 4. PP. 658-675. doi: 10.1111/bor.12125.

Wolfe S.A., Morse P.D., Neudorf C.M., Kokelj S.V., Lian O.B., O’Neill H.B. Contemporary sand wedge development in seasonally frozen ground and paleoenvironmental implications // Geomorphology. 2018. Vol. 308. PP. 215-229. doi: 10.1016/j.geomorph. 2018.02.015.

Макеев А.О. Поверхностные палеопочвы лёссовых водоразделов Русской равнины. М. : Молнет, 2012. 300 с.

Bertran P., Andrieux E., Antoine P., Sylvie C., Deschodt L., Gardere P., Marion H., Legentil C., Arnaud L., Liard M., Mercier N., Moine O., Sitzia L., Van Vliet-Lanoё B. Distribution and chronology of Pleistocene permafrost features in France: Database and first results // Boreas. 2014. Vol. 43, № 3. PP. 699-711. doi: 10.1111/bor.12025.

Овчинников А.Ю., Алифанов В.М., Худяков О.И. Влияние палеокриогенеза на формирование серых лесных почв Центральной России // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1170-1181. doi: 10.31857/S0032180X20100147.

Makeev A., Lebedeva M., Kaganova A., Rusakov A., Kust P., Romanis T., Yanina T., Kurbanov R. Pedosedimentary environments in the Caspian Lowland during MIS5 (Srednaya Akhtuba reference section, Russia) // Quaternary International. 2021. Vol. 590. PP. 164-180. doi: 10.1016/j.quaint.2021.03.015.

Кузьмина Д.М., Лойко С.В., Курасова А.О. и др. Влияние микрорельефа glacial till // Catena. 2022. Vol. 214, № 106245. PP. 1-21. doi: 10.1016/j.catena.2022. 106245.

Garankina E.V., Lobkov V.A., Shorkunov I.G., Belyaev V.R. Identifying relict periglacial features in watershed landscapeand deposits of Borisoglebsk Upland, Central European Russia // Journal of the Geological Society. 2022. Vol. 179, № 5. doi: 10.1144/ jgs2021-135.

Воробьева Г.А. Почва как летопись природных событий Прибайкалья: проблема: эволюции и классификации почв. Иркутск : Изд-во ИГУ, 2010. 205 с.

Долгих А.В., Александровский А.Л. Почвы и культурный слой Великого Новгорода // Почвоведение. 2010. № 4. С. 515-526. doi: 10.1134/S1064229310050017.

Wang Q., Hartemink A.E., Jiang Z., Jin N., Sun Z. Digital soil morphometrics of croto-vinas in a deep Alfisol derived from loess in Shenyang, China // Geoderma. 2017. Vol. 301. PP. 11-18. doi: 10.1016/j.geoderma.2017.04.010.

IUSS Working Group WRB. World Reference Base of Soil Resources 2014, update 2015.International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. World Soil Resources Reports No. 106. Rome : FAO, 2015. 192 p.

Дудко А.А., Васильева Ю.А., Бычков Д.А. Результаты полевых археологических работ Юганского отряда в Сургутском районе Ханты-Мансийского автономного округа-Югры в 2018 году // Проблема: археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. Новосибирск : Изд-во ИАЭТ СО РАН, 2018. Т. 24. С. 470-473.

Reimer P.J., Austin W.E.N., Bard E. et al. The IntCal20 Northern Hemisphere radiocarbon age calibration curve (0-55 cal kBP) // Radiocarbon. 2020. Vol. 62, № 4. PP. 725757. doi: 10.1017/RDC.2020.41.

Konstantinov A., Loiko S., Kurasova A., Konstantinova E., Novoselov A., Istigechev G., Kulizhskiy S. First findings of buried late-glacial paleosols within the dune fields of the Tomsk Priobye region (SE Western Siberia, Russia) // Geosciences. 2019. Vol. 9, № 2. 82. doi: 10.3390/geosciences9020082.

Kurasova A.O., Konstantinov A.O., Kulizhskiy S.P., Konstantinova E.Yu., Khoroshavin V.Yu., Loyko S.V. Patterns of soil cover organization within the northern part of the Kondinskaya lowland (Western Siberia) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020. № 49. С. 6-24. doi: 10.17223/19988591/49/1.

Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Дудко А.А., Константинов А.О., Васильева Ю.А., Курасова А.О., Лим А.Г., Кулижский С.П. Древесные угли в подзолах средней тайги Западной Сибири как индикатор истории геосистем // Почвоведение. 2022. № 2. С. 176-192. doi: 10.31857/S0032180X22020083.

Loiko S.V., Klimova N.V., Kritckov I.V., Kuzmina D.M., Kulizhsky S.P. Soils and vegetation of the riverside floodplain in the hydrological continuum of the southern tundra within the Pur-Taz interfluve (Western Siberia) // Acta Biologica Sibirica. 2023. Vol. 9. PP. 293-315. doi: 10.5281/zenodo.7879848.

Loiko S.V., Kriсkov I.V., Shefer N.V., Nedyak I., Manasypov R.M., Kulizhskiy S.P. Soils and vegetation of the permafrost floodplain of the small river Tenyakha (Messo-yakha basin, Western Siberia) // Acta Biologica Sibirica. 2024. Vol. 10. PP. 1779-1803. doi: 10.5281/zenodo.14542969.

Pupysheva M.A., Blyakharchuk T.A. The impact of wildfires on the dynamics of vegetation cover in the middle taiga subzone of Western Siberia during the Holocene // Environmental Dynamics and Global Climate Change. 2024. Vol. 15, № 3. PP. 200-210. doi: 10.18822/edgcc634013.

Визгалов Г.П., Фролов И.В., Никулин М.С. Селище Кулунигый 5: история археологического изучения и новые открытия // История и современное мировоззрение. 2022. Т. 4, № 4. C. 103-112. doi: 10.33693/2658-4654-2022-4-4-103-112.

Тонконогов В.Д. Опыт статистического анализа географических закономерностей почвообразования на примере песчаных подзолов севера Русской равнины // Почвоведение. 1971. № 2. С. 17-27.

Bourgault R.R., Ross D.S., Bailey S.W. Chemical and morphological distinctions between bertical and lateral podzolization at Hubbard Brook // Soil Science Society of America Journal. 2024. Vol. 79. PP. 428-439. doi: 10.2136/sssaj2014.05.0190.

Jankowski M. The evidence of lateral podzolization in sandy soils of Northern Poland // Catena. 2014. Vol. 112. PP. 139-147. doi: 10.1016/j.catena.2013.03.013.

Sommer M., Halm D., Geisinger C., Andruschkewitsch I., Zarei M., Stahr K. Lateral podzolization in a sandstone catchment // Geoderma. 2001. Vol. 103 (3-4). PP. 231-247. doi: 10.1016/S0016-7061(01)00018-0.

Sheinkman V.S., Sedov S.N., Ovchinnikov A.Y., Maksharov A.M. Role of cryogenic and cryopedogenic processes of the past in the formation of Al-Fe-humus soils in the Nadym-Pur interfluve, north of Western Siberia // Eurasian Soil Science. 2025. Vol. 58. 182. doi: 10.1134/S1064229325602409.

Moens C., Dondeyne S., Panagea I., Smolders E. Depth profile of colloidal iron in the pore water of an Albic Podzol // European Journal of Soil Science. 2022. Vol. 73, № 5. 13305. doi: 10.11n/ejss.13305.

Курасова А.О. Природно-антропогенная эволюция почв среднетаежной подзона: Западной Сибири в голоцене : дис. канд. биол. наук. Томск : Томский государственный университет, 2025. 189 с.

Alexandrovskiy A.L., Chendev Y.G., Yurtaev A.A. Soils with the second humus horizon, paleochernozems, and the history of pedogenesis at the border between forest and steppe areas // Eurasian Soil Science. 2022. Vol. 55. PP. 127-146. doi: 10.1134/ S1064229322020028.

Schaetzl R.J. Effects of treethrow microtopography on the characteristics and genesis of Spodosols, Michigan, USA // Catena. 1990. Vol. 17 (2). PP. 111-126. doi: 10.1016/ 0341-8162(90)90002-U.

Martinez P., Buurman P., do Nascimento D.L., Vidal-Torrado P. Substantial changes in podzol morphology after tree-roots modify soil porosity and hydrology in a tropical coastal rainforest // Plant Soil. 2021. Vol. 463. PP. 77-95. doi: 10.1007/s11104-021-04896-y.

Истигечев Г.И., Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Крицков И.В., Кулижский С.П. Ветровальные почвенные комплексы в ареале альфегумусовых почв северной тайги Западной Сибири // Почвенные ресурсы Сибири: вызовы XXI века : сборник материалов Всероссийской научной конференции с международным участием [...], 4-8 декабря 2017 г., г. Новосибирск / отв. ред. А.И. Сысо. Томск : Издательский Дом Томского государственного университета, 2017. Ч. I. С. 71-75. doi: 10.17223/9785946216456/16.