No abstract

Abstract. Mobilization of dissolved organic carbon (DOC) and related trace elements (TEs) from the frozen peat to surface waters in the permafrost zone is expected to enhance under ongoing permafrost thaw and active layer thickness (ALT) deepening in high-latitude regions. The interstitial soil solutions are efficient tracers of ongoing bio-geochemical processes in the critical zone and can help to decipher the intensity of carbon and metals migration from the soil to the rivers and further to the ocean. To this end, we collected, across a 640 km latitudinal transect of the sporadic to continuous permafrost zone of western Siberia peatlands, soil porewaters from 30 cm depth using suction cups and we analyzed DOC, dissolved inorganic carbon (DIC), and 40 major elements and TEs in 0.45 µm filtered fraction of 80 soil porewaters.Despite an expected decrease in the intensity of DOC and TE mobilization from the soil and vegetation litter to the interstitial fluids with the increase in the permafrost coverage and a decrease in the annual temperature and ALT, the DOC and many major and trace elements did not exhibit any distinct decrease in concentration along the latitudinal transect from 62.2 to 67.4 • N. The DOC demonstrated a maximum of concentration at 66 • N, on the border of the discontinuous/continuous permafrost zone, whereas the DOC concentration in peat soil solutions from the continuous permafrost zone was equal to or higher than that in the sporadic/discontinuous permafrost zone. Moreover, a number of major (Ca, Mg) and trace (Al, Ti, Sr, Ga, rare earth elements (REEs), Zr, Hf, Th) elements exhibited an increasing, not decreasing, northward concentration trend. We hypothesize that the effects of temperature and thickness of the ALT are of secondary importance relative to the leaching capacity of peat, which is in turn controlled by the water saturation of the peat core. The water residence time in peat pores also plays a role in enriching the fluids in some elements: the DOC, V, Cu, Pb, REEs, and Th were a factor of 1.5 to 2.0 higher in mounds relative to hollows. As such, it is possible that the time of reaction between the peat and downward infiltrating waters essentially controls the degree of peat porewater enrichments in DOC and other solutes. A 2 • northward shift in the position of the permafrost boundaries may bring about a factor of 1.3 ± 0.2 decrease in Ca, Mg, Sr, Al, Fe, Ti, Mn, Ni, Co, V, Zr, Hf, Th, and REE porewater concentration in continuous and discontinuous permafrost zones, and a possible decrease in DOC, specific ultraviolet absorbency (SUVA), Ca, Mg, Fe, and Sr will not exceed 20 % of their current values. The projected increase in ALT and vegetation density, northward migration of the permafrost boundary, or the change of hydrological regime is unlikely to modify chemical composition of peat porewater fluids larger than their natural variations within different micro-landscapes, i.e., within a factor of 2. The decrease in DOC and metal delivery to small rivers and lakes by peat soil ...

Почвы черневой тайги Западной Сибири обладают исключительно высоким потенциальным плодородием, не затронутым негативными последствиями многолетней сельскохозяйственной практики и реализующимся за счет внутренних биотических и абиотических ресурсов. Анализ такого комплекса связанных свойств в рамках метагеномного исследования и выявление микробных драйверов плодородия могут стать основой инновационных технологий повышения продуктивности почв и сельскохозяйственных культур. В настоящей работе нами впервые получены данные о таксономической структуре и особенностях микробиоты почв черневой тайги и выявлены таксоны, численность которых достоверно увеличивается при переходе от фоновой зональной почвы к почве черневой тайги. Анализ почвенных образцов, собранных при экспедиционных обследованиях в 2019 году, показал, что почвы черневой тайги (Новосибирская, Томская и Кемеровская области, Алтайский край) представлены в основном подзолистыми, дерново-подзолистыми, серыми и (намного реже) темно-серыми почвами (тяжелосуглинистыми и легкоглинистыми разновидностями, приуроченными к делювиальным чехлам голоценового и позднеплейстоценового возраста). Эти почвы формируются при уникальных комбинациях геогенных и биоклиматических условий, при которых почвы не промерзают зимой и обеспечены влагой, что способствует быстрой минерализации подстилочного материала и закреплению минеральных элементов питания в верхней гумусированной толще почвенного профиля. Аккумуляция биофильных элементов является важнейшим свойством почв черневой тайги, с которым связан феномен гигантизма и крайне высокой продуктивности растений. Мы показали, что почвы черневой тайги содержат максимальное количество органических углерода по сравнению с почвами олиготрофных местообитаний (9,85 против 2,74 %). Актуальное почвенное плодородия в черневой тайге в несколько раз выше, чем в смежных биотопах (максимальное содержание доступных форм фосфора и калия-соответственно 702 и 470 мг/кг). Расположенные в смежных ландшафтах почвы относительно олиготрофных лесов бедны по агрохимическим показателям плодородия (максимальное содержание обменных форм фосфора и калиясоответственно 113 и 18 мг/кг), имеют маломощный гумусовый горизонт и относятся (согласно субстантивно-профильной классификации почв России) к органо-аккумулятивным и альфегумусовым стволам почвообразования. Разнообразие микроорганизмов в изученных почвах различается в зависимости от режима трофности экосистемы. Почвы черневой тайги характеризуются повышенным разнообразием микробного сообщества (оценка по индексу Шеннона), а также присутствием филумов Nitrospirae и Thaumarchaeota, которые, однако, не доминируют. Общие филы для всех изученных почв-Proteobacteria, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Acidobacteria, Planctomycetes и Firmicutes. Ключевые слова: экологические функции почв, черневая тайга, микробные сообщества, метагеномное секвенирование, факторы плодородия, Западная Сибирь.

No abstract

Buried soils within aeolian deposits are considered an important tool for diagnosing, determining the age, and estimating the intensity of aeolian processes at the transition from the Pleistocene to the Holocene in the Northern Hemisphere. Late Pleistocene aeolian coversands and ancient inland dunes are widely distributed in the periglacial zone of Western Siberia. In contrast to the territories of Central and Eastern Europe, the paleosol archive of the aeolian sands and dunes of Western Siberia has not yet been studied. This paper presents the first findings of late Pleistocene paleosols within the ancient inland dunes in the southeast of Western Siberia (Ob–Tomsk interfluve, Tomsk region). The soils and their stratigraphic position were studied in the outcrop of the quarry, located in the junction zone of the second Tom river terraces and the ancient valley. Two types of paleosols were identified. The first one is confined to the central part of a small dune and is represented by a slightly developed Albic Arenosol with fragmentary humus horizon Ahb and a well-pronounced Eb. It can probably be considered as an analogue of the European Usselo soil. The second paleosol was found at the bottom of the interdune depression. It is represented by a brown Bwb horizon and probably corresponds to a Brunic Arenosol (Dystric). The second paleosol is characterized by a higher content of clay fraction and organic carbon, the presence of weak signs of illuviation, and richer and more diverse mineral composition. This soil is apparently an analogue of the European Finow soil. Radiocarbon dating of the charcoals found in the paleosols suggests that the first dates from the Younger Dryas (ca. 12,036 cal. yr. BP), and the second one from the Allerød (ca. 13,355 cal. yr. BP). The study results propose that the natural environment in the periglacial zone of the south of Western Siberia was generally similar to those in Central and Eastern Europe, and the activation of aeolian processes, which led to the formation of a dune relief, occurred at about the same time.