Comparison of Areal and Profile Distribution of Magnetic Susceptibility in Steppe Soils of the Russian Plain

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

A comparative analysis of areal and profile measurements of magnetic susceptibility was carried out in order to improve methods of surface sensing of the earth, as well as to take into account small-scale mapping of soils and the identification of anomalies associated with anthropogenic pollution or violation of the surface layer of soils. Two sites with Haplic Chernozems and one Haplic Kastanozems (Endosalic, Cambic) were studied. Additionally, a catena was studied on the territory of the Ergeninsky upland with the inclusion of sites in various positions of the landscape (eluvial, transeluvial, transeluvial-accumulative). The comparison of the areal and profile magnetic susceptibility measured to a depth of 30 cm showed a direct correlation (R2 = 0.7). It was found that the areal type of survey correctly captures the volumetric magnetic susceptibility (\({{\varkappa }_{{\text{s}}}}\)) to a depth of 30 cm. The variation of \({{\varkappa }_{{\text{s}}}}\) at sites with different types of soils reflects soil-climatic zonality and spatial lithological heterogeneity, expressed in different granulometric and mineralogical composition of the 0–30 cm layer on an area of 10 × 10 m. The areal magnetic susceptibility of soils can be an important additional indicator capable of reflecting the features of soil-forming, lithological and landscape geochemical processes occurring in the upper soil layer. Variation of \({{\varkappa }_{{\text{s}}}}\) at sites in different positions of the landscape occurs under the influence of planar flushing and a change in the direction of iron oxidogenesis processes depending on the position of the soil profile in the relief. The complex of measurements of areal and profile magnetic susceptibility can be used to study soil inhomogeneities caused by anthropogenic, paleocryogenic, geomorphological and lithogenic factors. Such an approach can be widely applied to the study of polluted soils and monitoring of agricultural land.

About the authors

V. V. Malyshev

Institute of Physical, Chemical and Biological Problems of Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vladmalyscheff@yandex.ru
Russia, 142290, Pushchino

A. O. Alekseev

Institute of Physical, Chemical and Biological Problems of Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Email: vladmalyscheff@yandex.ru
Russia, 142290, Pushchino

References

  1. Алексеев A.О., Алексеева Т.В., Моргун Е.Г., Самойлова Е.М. Геохимические закономерности формирования состояния соединений железа в почвах сопряженных ландшафтов Центрального Предкавказья // Литология и полезные ископаемые. 1996. № 1. С. 12–22.
  2. Алексеев А.О., Алексеева Т.В. Оксидогенез железа в почвах степной зоны. М.: ГЕОС, 2012. 204 с.
  3. Алексеев А.О., Алексеева Т.В., Махер Б.А. Магнитные свойства и минералогия соединений железа в степных почвах // Почвоведение. 2003. № 1. С. 62–74.
  4. Алексеев А.О., Ковалевская И.С., Моргун Е.Г., Самойлова Е.М. Магнитная восприимчивость почв сопряженных ландшафтов // Почвоведение. 1988. № 8. С. 27–35.
  5. Алексеева Т.В., Алексеев А.О., Демкин В.А., Алексеева В.А., Соколовска З., Хайнос М., Калинин П.И. Физико-химические и минералогические диагностические признаки солонцового процесса в почвах Нижнего Поволжья в позднем голоцене // Почвоведение. 2010. № 10. С. 1171–1189.
  6. Алексеева Т.В., Алексеев А.О., Ковалевская И.С., Осина Г.Н., Моргун Е.Г. Минералогический состав илистой фракции почв сопряженных ландшафтов Ставропольской возвышенности // Почвоведение. 1988. № 9. С. 113–124.
  7. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. Ярославль–М.: Изд-во ЯГТУ, 1995. 219 с.
  8. Вадюнина А.Ф., Смирнов Ю.А. Использование магнитной восприимчивости для изучения почв и их картирования // Почвоведение. 1978. № 7. С. 87–96.
  9. Водяницкий Ю.Н. Опыт составления картограммы магнитной восприимчивости дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 1979. № 11. С. 83–87.
  10. Водяницкий Ю.Н., Шоба С.А. Магнитная восприимчивость как индикатор загрязнения тяжелыми металлами городских почв (обзор литературы) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2015. № 1. С. 13–20.
  11. Демкин В.А., Рысков Я.Г., Алексеев А.О., Олейник С.А., Губин С.В., Лукашов А.В., Кригер В.А. Палеопедологическое изучение археологических памятников степной зоны // Известия АН СССР. Сер. географическая. 1989. № 6. С. 40–51.
  12. Золотая Л.А., Коснырева М.В. Возможности магнитных измерений при решении задач почвенной геофизики // Геофизика. 2014. № 4. С. 63–68.
  13. Иванов А.В. Магнитное и валентное состояние железа в твердой фазе почв. Автореф. дис. … д. б. н. М., 2003. 41 с.
  14. Калинин П.И., Кудреватых И.Ю., Вагапов И.М., Борисов А.В., Алексеев А.О. Биогеохимические процессы в степных ландшафтах Ергенинской возвышенности в голоцене // Почвоведение. 2018. № 5. С. 526–537.
  15. Рысков Я.Г., Алексеева Т.В., Алексеев А.О., Ковалевская И.С., Олейник С.А., Моргун Е.Г., Самойлова Е.М. Геохимические обстановки в почвах сопряженных ландшафтов Центрального Предкавказья // Литология и полезные ископаемые. 1993. № 2. С. 55–65.
  16. Сидорова В.А., Красильников П.В. Почвенно-географическая интерпретация пространственной вариабельности химических и физических свойств поверхностных горизонтов почв степной зоны // Почвоведение. 2007. № 10. С. 1168–1178.
  17. Хитров Н.Б. Связь почв солонцового комплекса Северного Прикаспия с микрорельефом // Почвоведение. 2005. № 3. С. 271–284.
  18. Чухров Ф.В., Ермилова Л.П., Горшков А.И. Гипергенные окислы железа в геологических процессах. М.: Наука, 1975. 207 с.
  19. Alekseeva T., Alekseev A., Maher B., Demkin V. Late Holocene climate reconstructions for the Russian steppe, based on mineralogical and magnetic properties of buried palaeosols // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2007. V. 249. P. 103–127. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2007.01.006
  20. Blundell A., Dearing J.A., Boyle J.F., Hannam J.A. Controlling factors for the spatial variability of soil magnetic susceptibility across England and Wales // Earth-Sci. Rev. 2009. V. 95. P. 158–188. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2009.05.001
  21. Cervi E.C., Maher B., Poliseli P.C., de Souza Junior I.G., da Costa A.C.S. Magnetic susceptibility as a pedogenic proxy for grouping of geochemical transects in landscapes // J. Appl. Geophys. 2019. V. 169. P. 109–117. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2019.06.017
  22. De Jong E., Pennock D.J., Nestor P.A. Magnetic susceptibility of soils in different slope positions in Saskatchewan, Canada // Catena. 2000. V. 40. P. 291–305. https://doi.org/10.1016/S0341-8162(00)00080-1
  23. Hartemink A.E., Minasny B. Towards digital soil morphometrics // Geoderma. 2014. V. 230. P. 305–317. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.03.008
  24. Howard J.L., Orlicki K.M., LeTarte S.M. Evaluation of some proximal sensing methods for mapping soils in urbanized terrain, Detroit, Michigan, USA // Catena. 2016. V. 143. P. 145–158. https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.03.011
  25. Kruglov O., Menshov O. Mapping of the soil magnetic susceptibility for the erosion processes modeling // Eur. Association Geoscientists Engineers. 2019. V. 1. P. 1–5. https://doi.org/10.3997/2214-4609.201903250
  26. Kudrevatykh I., Kalinin P., Mitenko G., Alekseev A. (2021). The role of plant in the formation of the topsoil chemical composition in different climatic conditions of steppe landscape // Plant and Soil. 2021. V. 465(1–2). P. 453–472. https://doi.org/10.1007/s11104-021-05019-3
  27. Magiera T., Strzyszcz Z., Kapicka A., Petrovsky E. Discrimination of lithogenic and anthropogenic influences on topsoil magnetic susceptibility in Central Europe // Geoderma. 2006. V. 130. P. 299–311. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2005.02.002
  28. Magiera T., Strzyszcz Z., Rachwal M. Mapping particulate pollution loads using soil magnetometry in urban forests in the Upper Silesia Industrial Region, Poland // Forest Ecology Management. 2007. V. 248. P. 36–42. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2007.02.034
  29. Martin A.P., Ohneiser C., Turnbull R.E., Strong D.T., Demler S. Soil magnetic susceptibility mapping as a pollution and provenance tool: an example from southern New Zealand // Geophys. J. Int. 2018. V. 212(2). P. 1225–1236. https://doi.org/10.1093/gji/ggx484
  30. Obade V. de P., Lal R. Assessing land cover and soil quality by remote sensing and geographical information systems (GIS) // Catena. 2013. V. 104. P. 77–92. https://doi.org/10.1016/j.catena.2012.10.014
  31. Oliver M.A., Webster R.A. Tutorial guide to geostatistics: Computing and modelling variograms and kriging // Catena. 2014. V. 113. P. 56–69. https://doi.org/10.1016/j.catena.2013.09.006
  32. Pringle J.K., Giubertoni M., Cassidy N.J., Wisniewski K.D., Hansen J.D., Linford N.T., Daniels R.M. The use of magnetic susceptibility as a forensic search tool // Forensic Sci. Int. 2015. V. 246. P. 31–42. https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2014.10.046
  33. Ramos P.V., Inda A.V., Barrón V., Teixeira D.D.B., Marques J., Jr. Magnetic susceptibility in the prediction of soil attributes in southern Brazil // Soil Sci. Soc. Am. J. 2021. V. 85. P. 102–116. https://doi.org/10.1002/saj2.20164
  34. Reynolds J.M. An Introduction to applied and environmental geophysics. N.Y.: Wiley, 2011. 711 p.
  35. Schwertmann U., Taylor R. M. Iron oxides. Minerals in soil environments. 1989. V. 1. P. 379–438. https://doi.org/10.2136/sssabookser1.2ed.c8
  36. Siqueira D.S., Marques Jr.J., Matias S.S.R., Barrón V., Torrent J., Baffa O., Oliveira L.D. Correlation of properties of Brazilian Haplustalfs with magnetic susceptibility measurements // Soil Use and Management. 2010. V. 26. P. 425–431. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.2010.00294.x
  37. Zawadzki J., Fabijańczyk P., Magiera T., Rachwał M. Geostatistical microscale study of magnetic susceptibility in soil profile and magnetic indicators of potential soil pollution // Water, Air, Soil Poll. 2015. V. 226. P. 1–8. https://doi.org/10.1007/s11270-015-2395-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (57KB)
Indexing metadata
3.

Download (143KB)
Indexing metadata
4.

Download (1MB)
Indexing metadata
5.

Download (487KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 В.В. Малышев, А.О. Алексеев

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».