Comparative evaluation of methods for determination of pedogenic organic carbon in coal-bearing soils
The research considered determination of carbon reserves of soil organic substances in coal-bearing soils as an important problem of the study of technogenic landscape soils of coal deposits. Basing on the ability of soils of technogenic landscapes to perform the functions of natural undisturbed soils, the total fund of soil organic substance in such soils is said to be formed not only by humic compounds, but also by oxidized carbonaceous particles. Therefore, only developing the methods for differentiating soil organic substance performing the function of humus, and non-transformed lithogenic organic substance can solve the problem of evaluating the state of coal-bearing soils. The aim of the work is a comparative evaluation of the possibility of using traditional approaches and two those which we propose to determine the content of pedogenic organic carbon in soils of coal deposit dumps. Embryosems formed on the surface of coal and brown coal deposit dumps in Kemerovo oblast (N 53o39'; E 86o53') and Krasnoyarsk Krai (N 55o58'; E 90o23') were objects of the research. Methodically, along with traditional methods based on the content of total and organic carbon determination, we use approaches that rely on functional characteristics of soil organic substance. The first approach is based on the ability of soil organic substances to deposit nitrogen in soils. This approach involves calculation of carbon content of pedogenic organic substances using the parameters of soil nitrogen reserves and its ratio with carbon (C / N) in zonal undisturbed soils. The second approach is based on the ability of soil organic substance to form organic and mineral complexes with clay particles. At the same time, the content of pedogenic carbon is determined by the value of lithogenic potential of humus accumulation (LPHA), which depends on the number of clay particles in soils. Our research has shown that for carbon-containing soils, methods based on determination of total and organic carbon give incorrect results and cannot be used in complex ecological studies of techogenic soils and landscapes. Approbation of the proposed approaches has shown that, the definition of LPHA makes it possible to obtain reliable results for embryozems formed on a dense, stony substrate of coal deposits (See Table 2), since the accumulation of clay particles in such soils is the result of biochemical weathering and their amount is proportional to the reserves of organic substance. For embriozems formed on a loose substrate of brown coal deposit dumps, the results obtained with the help of C / N ratio and nitrogen content in the investigated soils are the most representative (See Table 2). Thus, we can conclude that, even in this approximation, the proposed approaches allow carrying out large-scale studies on evaluating the ecological state and resource potential of coal-bearing soils of technogenic landscapes. The article contains 2 Tables, 39 References.
Keywords
lithogenic carbon,
Siberia,
dumps of coal deposits,
embryozems,
lithogenic potential of humus accumulation,
soils of technogenic landscapes,
литогенный углерод,
Сибирь,
отвалы угольных месторождений,
эмбриоземы,
литогенный потенциал гумусонакопления,
почвы техногенных ландшафтовAuthors
| Sokolov Denis A. | Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | sokolovdenis@mail.ru |
| Kulizhskiy Sergey P. | Tomsk State University | soil@land.ru |
| Lim Artem G. | Tomsk State University | lim_artyom@mail.ru |
| Gurkova Evgeniya A. | Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | sollygeohennet@mail.ru |
| Nechaeva Taisia V. | Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | taya_@inbox.ru |
| Merzlyakov Oleg E. | Tomsk State University | molege@mail.ru |
Всего: 6
References
Тюрин И.В. Органическое вещество почв и его роль в плодородии. М. : Наука, 1965. 319 с.
Гродницкая И.Д., Трефилова О.В., Шишикин А.С. Агрохимические и микробиологические свойства техногенных почв отвалов (Канско-Рыбинская котловина) // Почвоведение. 2010. № 7. С. 867-878.
Трофимов С.С., Таранов С.А. Особенности почвообразования в техногенных экосистемах // Почвоведение. 1987. № 11. С. 95-99.
Андроханов В.А., Овсянникова С.В., Курачев В.М. Техноземы: свойства, режимы, функционирование. Новосибирск : Наука, 2000. 200 с.
Госсен И.Н., Соколов Д.А. Оценка содержания гумуса в почвах рекультивированных отвалов угольных разрезов Кузбасса // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2014. № 4. С. 33-40.
Соколов Д.А., Кулижский С.П. Сингенетичность формирования растительного покрова и окислительно-восстановительных систем в почвах отвалов каменноугольных разрезов // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2013. № 1. С. 22-29. URL: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/vtls:000446469
Соколов Д.А., Кулижский С.П., Доможакова Е.А., Госсен И.Н. Особенности формирования почв техногенных ландшафтов в различных природно-климатических зонах юга Сибири // Вестник Томского государственного университета. 2012. № 364. С. 225-229. URL: http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/vtls:000437235
Хмелев В.А., Танасиенко А.А. Почвенные ресурсы Кемеровской области и основы их рационального использования. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2013. 477 с.
Skjemstad J.O., Janik L.J., Head M.J., McClure S.G. High-energy ultraviolet photooxidation - a novel technique for studying physically protected organic-substance in clay-sized and silt-sized aggregates // Journal of Soil Science. 1993. № 44. PP. 485-499.
Frouz J., Cajthaml T., Kribek B., Schaeffer P., Bartuska M., Galertovа R., Rojik P., Kristufek V. Deep, subsurface microflora after excavation respiration and biomass and its potential role in degradation of fossil organic substance // Folia Microbiologica. 2011. № 56. РЕ 389-396.
Simpson M.J., Hatcher P.G. Determination of black carbon in natural organic substance by chemical oxidation and solid-state 13C Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy // Organic Geochemistry. 2004. № 35. РЕ 923-935.
Morgenroth G., Kretschmer W., Scharf A., Uhl T., Fettweis U., Bens O., Huttl R.F. 14C Heasurement of soil in post-mining landscapes // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2004. № 223. РЕ 568-572.
Rumpel C., Knicker H., Kogel-Knabner I., Skjemstad J.O., Huttl R.F. Types and chemical composition of organic substance in reforested lignite-rich mine soils // Geoderma. 1998. № 86. PP. 123-142.
Brodowski S., Amelung W., Haumaier L., Abetz C., Zech W. Morphological and chemical properties of black carbon in physical soil fractions as revealed by scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy // Geoderma. 2005. № 128. РЕ 116129.
Fernandes M.B., Skjemstad J.O., Johnson B.B., Wells J.D., Brooks P. Characterization of carbonaceous combustion residues. I. Morphological, elemental and spectroscopic features // Chemosphere. 2003. № 51. PP. 785-795.
Griffin J.J., Goldberg E.D. Sphericity as a characteristic of solids from fossil-fuel burning in lake Michigan sediment // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1981. № 45. PP. 763-769.
Rumpel C., Balesdent J., Grootes P., Weber E., Kogel-Knabner I. Quantification of lignite- and vegetation-derived soil carbon using 14Cactivity measurements in a forested chronosequence // Geoderma. 2003. № 112. РЕ 155-166.
Maharaj S., Barton C.D., Karatkanasis T.A.D., Rowe H.D., Rimmer S.M. Distinguishing "new" from "old" organic carbon on reclaimed coal mine sites using thermogravimetry: I. Method development // Soil Science. 2007. № 172. РЕ 292-301.
Schmidt M.W.I., Skjemstad J.O., Czimczik C.I., Glaser B., Prentice K.M., Gelinas Y., Kuhlbusch T.A.J. Comparative analysis of black carbon in soils // Global Biogeochemical Cycles. 2001. № 15. РР 163-167.
Двуреченский В.Г., Середина В.П. Сравнительная характеристика фракционного и группового состава гумуса в эмбриоземах техногенных ландшафтов горно-таежного пояса Кузбасса // Сибирский экологический журнал. 2015. Т. 22, № 6. С. 952-965.
Куляпина Е.Д., Курачев В.М. Специфика накопления органических элементов в почвах техногенных ландшафтов // Сибирский экологический журнал. 2004. Т. 11, № 3. С. 345-353.
Семина И.С., Беланов И.П., Шипилова А.М., Андроханов В.А. Природно-техногенные комплексы Кузбасса : свойства и режимы функционирования. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2013. 396 с.
Андроханов В.А., Курачев В.М. Принципы оценки почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов // Сибирский экологический журнал. 2009. Т. 16, № 2. С. 165-169.
Ussiri D.A.N., Jacinthe P.-A., Lal R. Methods for determination of coal carbon in reclaimed minesoils // Geoderma. 2014. № 214-215. PP. 155-167.
Шишов Л.Л., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ефремов В.В. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв. М. : Агропромиздат, 1991. 304 с.
Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М. : Изд-во МГУ, 1970. 488 с.
Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М. : Высшая школа, 1973. 400 с.
Рагим-Заде Ф.К. Почвообразующие породы техногенных ландшафтов // Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. Новосибирск : Наука, 1981. С. 166-178.
Shrestha Raj K., Lal R. Changes in physical and chemical properties of soil after surface mining and reclamation // Geoderma. 2011. № 161. PR 168-176.
Кусов А.В. Гранулометрическая диагностика внутрипочвенного выветривания обломочного материала в техногенных ландшафтах // Сибирский экологический журнал. 2007. № 5. С. 837-842.
Трофимов С.С. Экология почв и почвенные ресурсы Кемеровской области. Новосибирск : Наука, 1975. 300 с.
Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М. : ГЕОС, 2015. 233 с.
Соколов Д.А., Мерзляков О.Э., Доможакова Е.А. Оценка литогенного потенциала гумусонакопления в почвах отвалов каменноугольных месторождений Сибири // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 399. С. 247-253.
Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая система почвы. М. : ГЕОС, 2010. 240 с.
Тюрин И.В. Органическое вещество почв и его роль в почвообразовании и плодородии. Учение о почвенном гумусе. М. : Сельхозгиз, 1937. 287 с.
Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. М. : Наука, 1981. 266 с.
Кононова М.М. Органическое вещество почвы. М. : Изд-во АН СССР, 1963. 314 с.
Курачев В.М., Андроханов В.А. Классификация почв техногенных ландшафтов // Сибирский экологический журнал. 2002. № 3. С. 255-261.
Соколов Д.А. Специфика определения органических веществ педогенной природы в почвах техногенных ландшафтов Кузбасса // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 2 (18). С. 17-25.
Соколов Д.А. Специфика накопления и распределения фракций восстановленных продуктов в эмбриоземах Кузбасса // Вестник Томского государственного университета. 2008. № 315. С. 214-217.
