Genetic features of forest-steppe soils with albic horizon: a case study in the Oksko-Don Lowland | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2024. № 66. DOI: 10.17223/19988591/66/2

Genetic features of forest-steppe soils with albic horizon: a case study in the Oksko-Don Lowland

In the closed depressions of the forest-steppe, unique soils form that differ significantly in their properties from the zonal Chernozems. These soils have a light-colored, acidic Albic horizon and the complete absence of carbonates. They resemble podbels, which are formed in the southern Far East of Russia, with their different soil-forming processes, regimes, and genesis. The aim of this study is to interpret the genesis of the soils in the center of the closed depression by analyzing their morphological, micromorphological, chemical, physical, and physico-chemical properties. This will help to determine the main diagnostic criteria for their classification. The depression is located in the Oka-Don Lowland, in Tambov Oblast (52.0398°N, 41.1839°E, See Fig. 1a). We collected a total of 39 samples, from three walls of soil pit, at 10-centimeter intervals, to a depth of 130 centimeters. For micromorphology, we took samples from all genetic horizons, in triplicate (12 samples). In the pre-dried and homogenized samples, we determined pH values, total dissolved salts and soluble salt content (conductivity), particle size distribution (laser granulometry, with preliminary ultrasonic treatment at an energy level of 450 joules per milliliter), total carbon (by dry combustion), cation exchange capacity, exchangeable cation composition (using Pfef-fer's method), and iron content in oxalate extracts (Tamm's method) and dithionite-citrate extracts (Mehra-Jackson method). We also calculated the Schwertmann ratio and and the degree of hydromorphism were calculated as indicators of soil overmoisture. The diagnostic properties of the studied soil (See Fig. 1b) include: (1) a thick (30 cm) mollic horizon, rich in organic carbon, with a loosely aggregated structure and varying degrees of organic matter decomposition; this horizon is overlain by a (2) light-colored albic horizon, which has signs of humus leaching and contains up to 5% of small-sized iron-rich concretions, and (3) an illuvial horizon that has a weaker structure and a higher concentration of concretions than the overlying horizon. This horizon also has cutans along the edges of ped. The soil demonstrates a sharp decrease in carbon and a gradual increase in pH from slightly acidic to neutral values with depth (See Fig. 2). The middle part of the profile has a slightly higher clay content compared to the mollic horizon. The top 10 cm of the soil contains soluble salts at a concentration of 106 mg/ L (0.14% of soil dry mass), classifying this layer as slightly saline and chloride-magnesium. However, at the lower boundary of the soil surface (20-30 cm), the salt content drops sharply to 27 mg/L (0.04% of the dry soil mass) and does not exceed 50 mg/L in deeper layers, indicating that the soil is not saline. The anion-cation composition of the soil in the depression remains consistent throughout the profile. There are two peaks in the cation exchange capacity, one in the humus layer and another at a depth of 100-130 centimeters. This latter peak is likely due to an increase in exchangeable Ca2+, which is probably caused by its influx from solutions in the underlying carbonate parent material. The relatively high content of soluble salts and exchangeable sodium in the topsoil can be attributed to lateral water flow from surrounding depressions with solonetz and meadow-chemozem soils. Based on the Schwertmann's and hydromorphic criteria, the upper part of the soil profile, particularly the mollic and albic horizons, experience prolonged surface overmoisture. These coefficients decrease sharply in the gleic horizon. Based on a comprehensive study of soil properties, we can conclude that the light-colored horizon of the depression soil we studied is predominantly eluvio-gleyic in nature, with concretions (See Fig. 3 d, f) and cutans (See Fig. 3 c, e). In the underlying horizon, Schwertmann and hydromorphic criteria indicate seasonal surface overmoistening and periods of drying. The additional factor contributing to the formation of the light-colored horizon may be the presence of sodium in the upper horizons of the soil-absorbing complex, ranging from 4 to 14%. The soil profile formula of the studied depression soil is AH- AHel-ELhi,g-BTg (according to WRB, Ah-Eg-Btg); in terms of the genetic horizons it is absent in the Russian Soil Classification, partially corresponding to dark-humus pseudo-gleyic (AH-EL-BTg-BCA-Q; Calcic Albic Mollic Planosol, A-Eg-Bt-Bk-Bgk), dark-humus podbel gleyic (AU-ELg-BTg; Mollic Albic Stagnosol, A-Eg-Btg). Unlike the dark-humus pseudo-gleyic soil, the studied soil does not contain carbonates, which are leached from the soil due to its large catchment area (55 hectares). Different from dark-humus podbel gleyic, the studied soil differs in the nature of the upper horizon and less pronounced processes of iron segregation in the lightened horizon (a lower quantity of concretions). We hypothesize that the water regime of the depression soils is less contrasting, with a smoother alternation of periods of overmoistening and drying compared to the podbels of the Far East, which may explain the lower quantity of concretions in the depression soil. Following the classical tradition of Russian soil science - reflection of the major soil-forming processes in the soil name - the studied depression soil can be termed as dark-humus elluvial gleyeic. With the expansion of soil studies in depressions and the identification of soils with a similar profile structure, introduction of an independent type of peat-dark-humus gleic soils into the Russian Soil Classification may be proposed. The article contains 3 Figures, 41 References. The authors express their gratitude to the head of the farm, Alexander Fedorovich Tolmachev, for his assistance in conducting field research. The Authors declare no conflict of interest.

Download file
Counter downloads: 6

Keywords

gley, Tambov Oblast, soil micromorphology, Luvic Planosols, Mollic Albic Stagnosol

Authors

NameOrganizationE-mail
Smirnova Maria A.V.V. Dokuchaev Soil Science Institute; Lomonosov Moscow State Universitysummerija@yandex.ru
Plotnikova Oksana O.V.V. Dokuchaev Soil Science Institutemrs.plotnikova@mail.ru
Bardashov Danila R.V.V. Dokuchaev Soil Science Institute; Lomonosov Moscow State Universitybardashovdr@my.msu.ru
Terskaya Elena V.Lomonosov Moscow State Universityelena_terskaya@mail.ru
Всего: 4

References

Костенков Н.М., Жарикова Е.А. Почвы прибрежной территории юго-западной части Приморья // Почвоведение. 2018. № 2. С. 141-154.
Суханова Н.И., Трофимов С.Я., Степанов А.Л., Кирюшин А.В. Особенности черноземных почв района Хоперского глубинного разлома земной коры // Почвоведение. 2020. №. 2. С. 199-209.
Суханова Н.И., Кирюшин А.В. Влияние потока глубинного водорода на химические свойства и гумусное состояние почв // Система Планета Земля. 2014. С. 195-200.
Rubinic V., Lazarevic B., Husnjak S., Durn G. Climate and relief influence on particle size distribution and chemical properties of Pseudogley soils in Croatia // Catena. 2015. V. 127. РР. 340-348.
IUSS Working Group WRB. 2022 World Reference Base for Soil Resources.International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th ed.International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria, 2022. 234 p.
Егоров В.В., Минашина Н.Г. Обоснование почвенно-мелиоративных прогнозов и классификация засоленных почв // Изменение плодородия почв при орошении вновь осваиваемых земель. М.: Почв, институт имени В.В. Докучаева, 1976. С. 29-46.
Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с.
Скурский М.Д. О вещественном составе углей // Техника и технология горного дела. 2022. № 1 (16). C. 31-82.
Засоленные почвы России. М.: Академкнига, 2006. 854 с.
Добровольский Г.В., Ярилова Е.А., Парфенова Е.И., Федоров К.Н., Балабко П.Н., Шоба С.А. Методическое руководство по микроморфологии почв: учеб. пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. 80 с.
Ismail-Meyer K., Stolt M.H., Lindbo D.L. Soil Organic Matter.Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths.Netherlands: Elsevier, 2018. P. 471-512.
Степанцова Л.В., Красин В.Н. Количественный показатель глубины залегания грунтовых вод в черноземовидных почвах севера Тамбовской равнины // Вестник МичГАУ. 2011. Ч. 1, № 2. С. 106-110.
Cornell R.M., Schwertmann U. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences, and uses. Weinheim: Wileyvch, 2003. 664 p.
Молодцов В.А., Игнатова В.П. Об определении состава поглощенных оснований в засоленных почвах // Почвоведение. 1975. № 6. С. 123-127.
Таргульян В.О., Г ерасимова М.И., Целищева Л.К., Шоба С.А. Оглеение и морфотипы глея // Почвоведение. 1987. № 7. С. 16-24.
Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
Мильков Ф.Н. Физико-географическое районирование Центрально-Черноземных областей. Воронеж: ВГУ, 1961. 363 с.
Бурдуковский М.Л., Голов В.И., Перепелкина П.А., Киселева И.В., Тимофеева Я.О. Агрогенные и постагрогенные изменения запасов углерода и физических свойств подбелов темногумусовых // Почвоведение. 2021. № 6. С. 747-756.
Росликова В.И., Матюшкина Л.А. Текстурно-дифференцированные почвы равнин юга Дальнего Востока и их ландшафтно-географические особенности // Региональные проблемы. 2017. Т. 20, № 4. С. 53-60.
Полевой определитель почв. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
Гынинова А.Б., Шоба С.А., Басанова Л.Д. Влияние глубокого промерзания на морфогенез луговых подбелов Приамурья // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2008. № 3. С. 10-13.
Сапрыкин О.И., Конарбаева Г.А., Смоленцев Б.А. Сравнительная характеристика агрохимических свойств почв в агроландшафтах с западинным микрорельефом // Агрохимия. 2020. № 10. С. 15-19. doi: 0.31857/S0002188120080104.
Никифоров А.Н., Дюкарев А.Г. Осолоделые почвы в почвенном покрове Обь-Шегарского междуречья // Почва в биосфере. Новосибирск, 2018. С. 70-73.
Дюкарев А.Г., Пологова Н.Н. Элювиальные почвы западин Обь-Томского междуречья (подтаёжная зона Западной Сибири) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2016. № 3 (35). С. 6-25.
Сапрыкин О.И., Смоленцев Б.А. Свойства почв микрозападин юго-восточной части Западной Сибири // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове: сборник материалов V Международной научной конференции, посвященной 85-летию кафедры почвоведения и экологии почв ТГУ. Томск: Издательский Дом ТГУ, 2015. С. 94-97.
Ахтырцев А.Б. Сравнительно-генетическая характеристика светло-серых поверх-ностно-глеево-элювиальных почв и солодей луговых Среднерусской лесостепи. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1985. С. 34-47.
Ахтырцев А.Б., Спесивый О.В. Переувлажненные земли Центрально-Черноземного региона России: их свойства, эволюция и рациональное использование. Воронеж: НАУКА-ЮНИПРЕСС, 2014. 204 с.
Зайдельман Ф.Р. Генетические особенности и морфология черноземовидных подзолистых оглеенных почв северной лесостепи // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2005. № 2. С. 3-8.
Зайдельман Ф.Р. Генезис и проблемы классификации почв со светлыми кислыми элювиальными горизонтами // Почвоведение. 2004. № 2. С. 233-242.
Зайдельман Ф.Р., Степанцова Л.В., Никифорова А.С., Красин В.Н., Сафронов С.Б. Генезис, классификация и мелиорация черноземовидных подзолистых оглеенных почв севера лесостепи Европейской России // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2014. № 2. С. 16-23.
Зайдельман Ф.Р., Степанцова Л.В., Никифорова А.С., Красин В.Н., Сафронов С.Б., Красина Т.В. Генезис и деградация черноземов Европейской России под влиянием переувлажнения. Способы защиты и мелиорации. Воронеж: Кварта, 2013. 352 с.
Зайдельман Ф.Р., Пахомова Е.Ю., Устинов М.Т. Солоди поверхностного и грунтового переувлажнения Западной Сибири: свойства, гидрология и генезис // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2011. № 1. С. 3-12.
Самойлова Е.М., Ахтырцев А.Б., Андреев Г.И. Полугидроморфные и гидроморфные почвы черноземной зоны СССР // Русский чернозем. 100 лет после Докучаева. М.: Наука, 1983. С. 126-138.
Базилевич Н.И. Лесостепные солоди. М.: Наука, 1967. 104 с.
Базилевич Н.И. Материалы к вопросу о генезисе солодей. // Почвоведение. 1947. № 4. С. 227-239.
Самойлова Е.М., Якушевская И.В. Характеристика комплекса луговых почв колочной лесостепи // Почвоведение. 1970. № 3. С. 60-67.
Fil P.P., Yurova A.Y., Dobrokhotov A.V., Kozlov D.N. Estimation of infiltration volumes and rates in seasonally water-filled topographic depressions based on remote-sensing time series // Sensors. 2021. V. 21, № 21. PP. 7403.
Зайдельман Ф.Р. Теория образования светлых кислых элювиальных горизонтов почв и их прикладные аспекты. М.: Красанд, 2010. 248 с.
Ахтырцев А.Б. Гидроморфные почвы и переувлажненные земли лесостепи и степи Русской равнины: дис.. д-ра биол. наук. Воронеж, 1999. 383 с.
Докучаев В.В. Русский чернозем: Отчет Императорскому Вольному экон. о-ву. СПб., 1883. 376 с.
Самойлова Е.М. Луговые почвы лесостепи. М.: Изд-во МГУ, 1981. 283 с.
 Genetic features of forest-steppe soils with albic horizon: a case study in the Oksko-Don Lowland | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2024. №  66. DOI: 10.17223/19988591/66/2

Genetic features of forest-steppe soils with albic horizon: a case study in the Oksko-Don Lowland | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2024. № 66. DOI: 10.17223/19988591/66/2

Download full-text version
Counter downloads: 235