Brown Soils of the South of the Vitim Plateau: Humus Pockets, Morphology, Properties, Microbiome

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The purpose of this study was to study the structure of microbial communities, the physicochemical characteristics of the soil profile of brown soils and the soil material of humus pockets. Brown soils (Cambisols), located in the south of the Vitim Plateau, are characterized by a peculiar morphological structure – the presence of frost cracks, which form wedge-shaped humus pockets, sharply tapering down the profile. Humus pockets are filled with dark brown humus material with black stripes that contrast sharply in color and properties with the surrounding soil profile. Compared to the profile of brown soils at corresponding depths, the soil mass from humus pockets is less compacted. An increase in total porosity leads to an increase in water permeability of the humified mass of frost cracks. Features of the structure of microbial cenosis and carbon of microbial biomass of brown soils in the soil profile and in the soil material of pockets were revealed. In the soil material of the pockets, the content of organic carbon and the amount of absorbed bases are distributed relatively evenly, while in the soil profile the indicators sharply decrease down the profile. Experimental data obtained during the study will replenish the database on the properties and state of microbial cenosis in brown soils and in the soil material of humus pockets of brown soils in the south of the Vitim Plateau.

About the authors

E. O. Chimitdorzhieva

Institute of General and Experimental Biology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: erzhena_ch@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0227-5433
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

Ts. D-Ts. Korsunova

Institute of General and Experimental Biology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: erzhena_ch@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

Yu. B. Tsybenov

Institute of General and Experimental Biology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: erzhena_ch@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

G. D. Chimitdorzhieva

Institute of General and Experimental Biology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: erzhena_ch@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

References

  1. Абакумов Е.В., Гагарина Э.И. Очерк лесных почв Самарской луки // Самарская Лука. 2007. Т. 16. № 3(21). С. 444–462.
  2. Аккумуляция углерода в лесных почвах и сукцессионный статус лесов / Под ред. Лукиной Н.В. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2018. 232 с.
  3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1975. 488 с.
  4. Бадмаев Н.Б., Конюшков Д.Е., Куликов А.И., Лесовая С.Н., Мергелов Н.С., Титова А.А., Турова И.В., Горячкин С.В. Почвы и температурные режимы центральной Бурятии и Восточного Прибайкалья (Путеводитель научных экскурсий V Междунар. Конф. по криопедологии). М.: ИГ РАН, 2009. 54 с.
  5. Балсанова Л.Д., Гынинова А.Б., Цыбикдоржиев Ц.Ц., Гочиков Б-М.Н., Шахматова Е.Ю. Генетические особенности почв бассейна озера Котокельское (Восточное Прибайкалье) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 1–9.
  6. Буроземообразование псевдооподзоливание в почвах Русской равнины / Отв. ред. Зонна С.В. М.: Hаука, 1974. 275 с.
  7. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв М.: Агропромиздат, 1986. 415 с.
  8. Гагарина Э.И. Опыт изучения выветривания обломков карбонатных пород в почве // Почвоведение. 1968. № 9. С. 150–165.
  9. Гагарина Э.И. Литологический фактор почвообразования: на примере Северо-Запада Русской равнины. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2004. 257 с.
  10. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. М.: Агроконсалт, 2002. 280 с.
  11. Герасимова М.И., Губин С.В., Шоба С.А. Микроморфология почв природных зон СССР. Пущино, 1992. 200 с.
  12. Гуреева М.В., Грабович М.Ю. Экология микроорганизмов. Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2021. С. 104–106.
  13. Дымов А.А., Жангуров Е.В., Старцев В.В. Почвы северной части Приполярного Урала: морфология, физико-химические свойства, запасы углерода и азота // Почвоведение. 2013. № 5. С. 507–516.
  14. Заварзин Г.А., Кудеяров В.Н. Почва как главный источник углекислоты и резервуар органического углерода на территории России // Вестник РАН. 2006. Т. 76. № 1. С. 14–29.
  15. Завьялова Н.Е., Васбиева М.Т., Фомин Д.С. Микробная биомасса, дыхательная активность и азотфиксация в дерново-подзолистой почве Предуралья при различном сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 2020. № 3. С. 372–378.
  16. Загуральская Л.М., Морозова Р.М. Микробные комплексы в почвах на шунгитах острова Кижи // Почвоведение. 2002. № 9. С. 1060–1065.
  17. Козлова А.А. Разнообразие почв Южного Предбайкалья в условиях палеокриогенного микрорельефа, их трансформация при агропедогенезе: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. Иркутск, 2021. 44 с.
  18. Корсунова Ц.Д-Ц. Углерод микробной биомассы в профиле мерзлотных почв юга Витимского плоскогорья // Научная жизнь. 2023. Т. 18. № 5. С. 741–747. https://doi.org/10.35679/1991-9476-2023-18-5-741-747
  19. Макеев О.В. Криология почв. М.: Изд-во РАН, 2019. 464 с.
  20. Мельничук Н.Л. Геокриологические условия южной части Витимского плато. Геокриологические условия Забайкалья и Предбайкалья. М.: Наука, 1967. 222 с.
  21. Мергелов Н.С., Таргульян В.О. Процессы накопления органического вещества в минеральной толще мерзлотных почв приморских низменностей Bосточной Cибири // Почвоведение. 2011. № 3. С. 275-287.
  22. Мухина Л.И. Витимское плоскогорье (природные условия и районирование). Улан-Удэ: Бур. Книжное изд-во, 1965. 68 с.
  23. Наумов В.Д. Почвоведение и география почв. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2023. 344 с.
  24. Нимаева С.Ш. Микробиология криоаридных почв (на примере Забайкалья). Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1992. 176 с.
  25. Определитель растений Бурятии / Под ред. Аненхонова О.А. Улан-Удэ: Ин-т общ. и эксперим. биологии СО РАН, 2001. 670 с.
  26. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. 253 с.
  27. Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т В. В. Докучаева, 2008. 182 с.
  28. Полянская Л.М., Гейдебрехт В.В., Звягинцев Д.Г. Биомасса грибов в различных типах почв // Почвоведение. 1995. № 5. С. 566–572.
  29. Полянская Л.М., Суханова Н.И., Чакмазян К.В., Звягинцев Д.Г. Особенности изменения структуры микробной биомассы почв в условиях залежи // Почвоведение. 2012. № 7. С. 792.
  30. Почвенная карта РСФСР масштаб 1 : 2 500000 / Под ред. Фридланда В.М. М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете министров СССР, 1988.
  31. Рейнтам Л.Ю. Морфология и регрессия между генетическими горизонтами почв буроземного, псевдоподзолистого и дерново-подзолистого типов // Почвоведение. 1970. № 12. С. 154–169.
  32. Рейнтам Л.Ю. Новое о почвах с двучленно-дифферцированным профилем // Почвоведение. 1986. № 3. С. 53–65.
  33. Рейнтам Л.Ю., Раукас А.В. Об изменении механического, минералогического и химического состава дерново-подзолистых почв на карбонатной красно-бурой морене // Почвоведение. 1965. № 3. С. 29–38.
  34. Смоленцев Б.А., Смоленцева Е.Н. Буроземы Кузнецкого Алатау, их свойства и разнообразие // Вестн. Томск. гос. ун-та. Биология. 2020. № 50. С. 6–27. https://doi.org/10.17223/19988591/50/1.
  35. Сымпилова Д. П., Бадмаев Н.Б. Почвообразование в ландшафтах тайги и степи Селенгинского среднегорья (Западное Забайкалье) // Почвоведение. 2019. № 2. С. 140–151.
  36. Терпелец В.И., Слюсарев В.Н. Агрофизические и агрохимические методы исследования почв. учебно-методическое пособие. Краснодар: КубГАУ, 2016. 65 с.
  37. Цыбжитов Ц.Х., Убугунова В.И. Генезис и география таежных почв бассейна озера Байкал. Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1992. 237 с.
  38. Шхапацев А.К., Казеев К.Ш., Козунь Ю.С., Солдатов В.П., Федоренко А.Н., Колесников С.И. Биологическая активность буроземов старовозрастных вырубок Западного Кавказа // Лесной вестник. 2023. Т. 27. № 4. С. 47–59.
  39. Altshuler I., Goordial J., Whyte L.G. Microbial life in permafrost // Psychrophiles: From Biodiversity to Biotechnology, 2017. Р. 153–179. https://doi.org/10.1007/978-3-319-57057-0_8
  40. Badmaev N.B., Gyninova A.B., Tsybenov Yu.B. Soil temperature field and dynamics of freezing-thawing processes in the south of the Vitim Plateau (Transbaikal region) // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. V. 862. P. 012039. https://doi.org/10.1088/1755-1315/862/1/012039
  41. Baker C.C.M., Barker A.J., Douglas T.A., Doherty S.J., Barbato R.A. Seasonal variation in near-surface seasonally thawed active layer and permafrost soil microbial communities // Environ. Res. Lett. 2023. V. 18. P. 055001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/acc542
  42. Bayranvand M., Akbarinia M., Jouzani G., Gharechahi J., Alberti G. Dynamics of humus forms and soil characteristics along a forest altitudinal gradient in Hyrcanian forest // Biogeosciences and Forestry. 2021. V. 14. P. 26–33. https://doi.org/https://doi.org/10.3832/ifor3444-013
  43. Bhargava P., Singh A.K., Goel R. Microbes: bioresource in agriculture and environmental sustainability // Plant-microbe interactions in agro-ecological perspectives. 2017. P. 361–376. https://doi.org/10.1007/978-981-10–5813-4_18
  44. Dang Ch., Wu Z., Zhang M., Li X., Sun Y., Wu R., Zheng Y., Xia Y. Microorganisms as biofilters to mitigate greenhouse gas emissions from high altitude permafrost revealed by nanopore based metagenomics // iMeta. 2022. V. 1. P. 24. https://doi.org/10.1002/imt2.24
  45. Driessen P.M., Dudal R. Lecture notes on the major soils of the world (Wageningen-Leuven) 1989. 295 p.
  46. Ernakovich J.G., Barbato R.A, Rich V.I., Schädel C., Hewitt R.E., Doherty S.J., Whalen E.D., Abbott B.W., Barta J. et al. Microbiome assembly in thawing permafrost and its feedbacks to climate // Glob. Chang. Biol. 2022. V. 28. P. 5007–5026. https://doi.org/10.1111/gcb.16231
  47. Gerasimova M.I., Konyushkov D.E., Ananko T.V. Interpretation of Cambisols on the soil map of the Russian Federation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. V. 862. P. 012006. https://doi.org/10.1088/1755-1315/862/1/012006
  48. Gittel A., Bárta J., Kohoutová I., Mikutta R., Owens S., Gilbert J., Schnecker J., Wild B., et al. Distinct microbial communities associated with buried soils in the Siberian tundra. ISME J. 2014. 8(4). P. 841–953. https://doi.org/10.1038/ismej.2013.219
  49. Gyninova A.B., Badmaev N.B., Tsybenov Yu.B., Gonchikov B.N., Mangataev A.Ts., Kulikov A.I., Sympilova D.P. Soils of the Darkhitui catena in the southern Vitim Plateau and their micromorphological features // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021. № 862. P. 012068. https://doi.org/10.1088/1755-1315/862/1/012068
  50. Huang H., Tian D., Zhou L., Su H., Ma S., Feng Y., Z. Tang, Zhu J., Ji C., Fang J. Effects of afforestation on soil microbial diversity and enzyme activity: A meta-analysis // Geoderma. 2022. V. 423. P. 115961. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.115961
  51. Jacoby R., Peukert M., Succurro A., Koprivova A., Kopriva S. The role of soil microorganisms in plant mineral nutrition–current knowledge and future directions // Frontiers in Plant Science. 2017. V. 8. P. 1617. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01617
  52. Kogel-Knabner I., Amelung W. Soil organic matter in major pedogenic soil groups // Geoderma. 2021. V. 384. P. 114785. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114785
  53. Kroyan S. The Contemporary State of the Humus Nutrion of the Cambisols of Republic of Armenia // Adv. Biotechnol. Microbiol. 2018. V. 11. https://doi.org/10.19080/AIBM.2018.11.555815
  54. Luláková P., Perez-Mon C., Šantrůčková H., Ruethi J., Frey B. High-Alpine Permafrost and Active-Layer Soil Microbiomes Differ in Their Response to Elevated Temperatures // Front Microbiol. 2019. V. 10. P. 668. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00668
  55. Mackelprang R., Burkert A., Haw M., Mahendrarajah T., Conaway C. H., Douglas T. A., Waldrop M.P. Microbial survival strategies in ancient permafrost: insights from metagenomics // ISME J. 2017. V. 11. P. 2305–2318. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.93
  56. Malcheva B., Nustorova M., Zhiyanski M., Yaneva R., Abakumov E. Microbial biomass carbon and enzymes-degraders of carbohydrates in polar soils from the area of Livingston Island, Antarctica // Soil Sci. Annual. 2022. V. 73(2). P. 156042. https://doi.org/10.37501/soilsa/156042
  57. Müller O., Bang-Andreasen T., White R. A., Elberling B., Taş N., Kneafsey T., Оvreås L. Disentangling the complexity of permafrost soil by using high resolution profiling of microbial community composition, key functions and respiration rates // Environ. Microbiol. 2018. https://doi.org/10.1111/1462-2920.14348
  58. Perez-Mon C., Stierli B., Plötze M., Frey B. Fast and persistent responses of alpine permafrost microbial communities to in situ warming // Sci. Total Environ. 2022. V. 807. P. 150720. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150720.
  59. Rasulić N., Delić D., Stajković-Srbinović O., Buntić A., Kuzmanović Đ., Knežević M., Sikirić B. Microbiological and basic agrochemical properties of Eutric Cambisols in western and southwestern Serbia // Zemljiste i biljka. 2021. V. 70. P. 1–9. https://doi.org/10.5937/ZemBilj2102001R 1
  60. Scheel M., Zervas A., Jacobsen C.S., Christensen T.R. Microbial Community Changes in 26,500–Year-Old Thawing Permafrost // Front. Microbiol. 2022. V. 13. P. 787146. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.787146
  61. Schnecker J., Spiegel F., Li Y., Richter A., Sandén T., Spiegel H., Zechmeister-Boltenstern S., Fuchslueger L. Microbial responses to soil cooling might explain increases in microbial biomass in winter // Biogeochemistry. 2023. V. 164. P. 521–535. https://doi.org/10.1007/s10533-023-01050-x
  62. Zaitseva S., Badmaev N., Kozyreva L., Dambaev V., Barkhutova D. Microbial Community in the Permafrost Thaw Gradient in the South of the Vitim Plateau (Buryatia, Russia) // Microorganisms. 2022. V. 10. P. 2202. https://doi.org/10.3390/ microorganisms10112202
  63. Zhou W., Ma T., Yin X., Wu X., Li Q., Rupakheti D., Xiong X., Zhang Q., Mu C., de Foy B., Rupakheti M., Kang Sh., Qin D. Dramatic Carbon Loss in a Permafrost Thaw Slump in the Tibetan Plateau is Dominated by the Loss of Microbial Necromass Carbon // Environ. Science Technol. 2023. V. 57. P. 6910–6921. https://doi.org/10.1021/acs.est.2c07274

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Inset map of the study area.

Download (875KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Photographs of soil profiles of podzol brown soils in the south of the Vitim Plateau.

Download (217KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spatial variation of humus pockets capacity of borozems.

Download (88KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Network of polygons on lignite soils.

Download (489KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Carbon stocks and indicators of microbiological activity in borozems: 1 - humus pocket; 2 - soil profile.

Download (221KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences