esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2025-123-116-147esoil-909Research ArticleСтатьиХимическая структура органического вещества водоустойчивых микроагрегатов агрочерноземов разных позиций на склонеChemical structure of organic matter of water-stable microaggregates of agrochernozems of different positions on the slopehttps://orcid.org/0000-0001-9781-9351АртемьеваЗ. С.ArtemyevaZ. S.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017

artemyevazs@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8095-6923КолягинЮ. Г.KolyaginYu. G.

119991, Москва, Ленинские горы, 1

1 Leninskie Gori, Moscow 119234

kolyagin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0345-9186ВарламовЕ. Б.VarlamovE. B.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017

evgheni968@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5101-8751ЗасухинаЕ. С.ZasukhinaE. S.

119333, Москва, ул. Вавилова, 44, корп. 2

2 Bld. 44 Vavilova Str., Moscow 119333

elenzet@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8934-8705ЦомаеваЕ. В.TsomaevaE. V.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017

liza1999.01@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5805-4285ЯрославцеваН. В.YaroslavtsevaN. V.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017

nadezhdayaros@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0565-2812КогутБ. М.KogutB. M.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017

kogutb@mail.ruФИЦ “Почвенный институт им. В.В. Докучаева”РоссияFederal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”Russian FederationМГУ им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationФИЦ “Информатика и управление” РАНРоссияFederal Research Center “Computer Science and Control” of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2025170720250123116147Copyright © Артемьева З.С., Колягин Ю.Г., Варламов Е.Б., Засухина Е.С., Цомаева Е.В., Ярославцева Н.В., Когут Б.М., 20252025Артемьева З.С., Колягин Ю.Г., Варламов Е.Б., Засухина Е.С., Цомаева Е.В., Ярославцева Н.В., Когут Б.М.Artemyeva Z.S., Kolyagin Y.G., Varlamov E.B., Zasukhina E.S., Tsomaeva E.V., Yaroslavtseva N.V., Kogut B.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/909

Методом твердотельной 13C-ЯМР-спектроскопии изучена химическая структура пулов органического вещества водоустойчивых свободных микроагрегатов, выделенных из воздушно-сухих агрегатов (2–1 мм) пахотных горизонтов полнопрофильного, эродированного и намытого агрочерноземов. Дана оценка изменения их химической структуры в денудационно-аккумулятивном ландшафте. Выявлено, что подавляющая часть водоустойчивых свободных микроагрегатов в эрозионной зоне – фрагменты/осколки разрушенных (преимущественно), а также новообразованных макроагрегатов за счет динамического замещения органического вещества in situ, о чем явно свидетельствуют интегральные показатели химической структуры всех пулов органического вещества свободных микроагрегатов эродированного агрочернозема, по сравнению с таковыми полнопрофильного варианта: пониженные индексы разложенности (DI), ароматичности (ARI) и гидрофобности (HI). Аналитические данные свидетельствуют в пользу преобладающей транспортировки из эрозионной зоны микроагрегатов, представленных фрагментами разрушенных (преимущественно) и новообразованных макроагрегатов. Во время транспортной фазы ранее физически защищенное агрегированное органическое вещество свободных микроагрегатов подвергается частичной деградации. Минерализуется преимущественно наиболее лабильная его часть (гидролизуемая), а его стабильная часть остается мало-/неизмененной. Минерально-ассоциированное органическое вещество (ил и остаток) мало или совсем не трансформируется.

The chemical structure of organic matter (OM) pools within water-stable free microaggregates, isolated from air-dry aggregates (2–1 mm) in arable horizons of non-eroded, eroded and deposited agrochernozems has been studied by solid-state 13C-NMR spectroscopy. An assessment is made of the alteration of their chemical structure in the denudative-accumulative landscape. It was revealed that the overwhelming majority of water-stable free microaggregates in erosion zone are the fragments of destroyed macroaggregates, mainly newly formed due to the dynamic replacement of OM in situ. This is clearly evidenced by the integral indicators of the chemical structure of all OM pools in free microaggregates of eroded agrochernozem compared to those of the non-eroded one: reduced OM decomposition index (DI), OM aromaticity index (ARI) and OM hydrophobicity index (HI). Analytical data indicate the predominant transport from the erosion zone of microaggregates, represented by fragments of destroyed and mainly newly formed macroaggregates. During the transport phase, the previously physically protected occluded OM of free microaggregates undergoes partial mineralization. Predominantly its most labile part (hydrolysable) is mineralized, and its stable part remains little/non-changed. Mineral-associated OM (Clay and Residue) changes little, maintaining relative freshness.

эрозияводоустойчивые свободные микроагрегатыхимическая структура органического веществаCP-MAS 13C-ЯМР-спектроскопияerosionwater-stable free microaggregateschemical structure of organic matterCP-MAS 13C-NMR spectroscopyИсследования проведены в рамках Госзадания FGUR–2022–0012 с привлечением оборудования Центра коллективного пользования “Функции и свойства почв и почвенного покрова” Почвенного института им. В.В. Докучаева.The research was carried out within the framework of the State Assignment FGUR–2022–0012 with the involvement of equipment from the Center for Collective Use “Functions and Properties of Soils and Soil Cover” of the V.V. Dokuchaev Soil Science Institute.ReferencesАртемьева З.С., Данченко Н.Н., Кириллова Н.П., Масютенко Н.П., Дубовик Е.В., Кузнецов А.В., Когут Б.М. Изменение компонентного состава органического вещества макро- и микроагрегатов типичного чернозема под воздействием эрозионных процессов // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1322–1331.Artemyeva Z.S., Danchenko N.N., Kirillova N.P., Masyutenko N.P., Dubovik E.V., Kuznetsov A.V., Kogut B.M., Izmenenie komponentnogo sostava organicheskogo veshchestva makro- i mikroagregatov tipichnogo chernozema pod vozdejstviem erozionnyh processov (Changes in the component composition of organic matter of macro- and microaggregates of typical chernozem under the influence of erosion processes), Pochvovedenie, 2021, No. 11, pp. 1322–1331.Артемьева З.С., Данченко Н.Н., Колягин Ю.Г., Варламов Е.Б., Засухина Е.С., Цомаева Е.В., Когут Б.М. Химическая структура органического вещества агрочерноземов разных позиций на склоне // Почвоведение. 2023. № 6. С. 703–714.Artemyeva Z.S., Danchenko N.N., Kolyagin Yu.G., Varlamov E.B., Zasukhina E.S., Tsomaeva E.V., Kogut B.M., Chemical Structure of Organic Matter of Agrochernozems in Different Slope Positions, Eurasian Soil Science, 2023b, Vol. 56(6), pp. 705–714.Артемьева З.С., Колягин Ю.Г., Засухина Е.С., Цомаева Е.В., Ярославцева Н.В., Когут Б.М. Химическая структура органического вещества водоустойчивых макроагрегатов агрочерноземов разных позиций на склоне // Почвоведение. 2024. № 7. С. 983–996.Artemyeva Z.S., Kolyagin Yu.G., Zasukhina E.S., Tsomaeva E.V., Yaroslavtseva N.V., Kogut B.M., Khimicheskaya struktura organicheskogo veshchestva vodoustojchivykh makroagregatov agrochernozemov raznykh pozitsij na sklone (Chemical structure of organic matter of water-stable macroaggregates of agrochernozems of different positions on a slope), Pochvovedenie, 2024, No. 7, pp. 983–996.Данченко Н.Н., Артемьева З.С., Колягин Ю.Г., Когут Б.М. Сравнительный анализ гумусовых веществ и органического вещества физических фракций чернозема типичного // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1241–1254.Danchenko N.N., Artemyeva Z.S., Kolyagin Yu.G., Kogut B.M., Sravnitelnyj analiz gumusovykh veshchestv i organicheskogo veshchestva fizicheskikh fraktsij chernozema tipichnogo (Comparative analysis of humic substances and organic matter of physical fractions of typical chernozem), Pochvovedenie, 2022, No. 10, pp. 1241–1254.Ермолаев О.П. Пояса эрозии в природно-антропогенных ландшафтах речных бассейнов. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1992. 147 с.Ermolaev O.P., Poyasa erozii v prirodno antropogennykh landshaftakh rechnykh bassejnov (Erosion belts in natural and anthropogenic landscapes of river basins), Kazan: Izd-vo Kazanskogo un-ta, 1992, 147 p.Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.Classification and diagnostics of soils of the USSR, Moscow: Kolos, 1977, 223 p.Когут Б.М., Артемьева З.С., Кириллова Н.П., Яшин М.А., Сошникова Е.И. Компонентный состав органического вещества воздушно-сухих и водоустойчивых макроагрегатов 2–1 мм типичного чернозема в условиях контрастного землепользования // Почвоведение. 2019. № 2. С. 161–170.Kogut B.M., Artemyeva Z.S., Kirillova N.P., Yashin M.A., Soshnikova E.I., Komponentnyj sostav organicheskogo veshchestva vozdushno sukhikh i vodoustojchivykh makroagregatov 2 1 mm tipichnogo chernozema v usloviyakh kontrastnogo zemlepolzovaniya (Component composition of organic matter of air-dry and water-stable macroaggregates of 2–1 mm typical chernozem under conditions of contrasting land use), Pochvovedenie, 2019, No. 2, pp. 161–170.Травникова Л.С., Артемьева З.С., Сорокина Н.П. Распределение грануло-денсиметрических фракций в дерново-подзолистых почвах, подверженных плоскостной эрозии // Почвоведение. 2010. № 4. С. 495–504.Travnikova L.S., Artemeva Z.S., Sorokina N.P., Distribution of the particle-size fractions in soddy-podzolic soils subjected to sheet erosion, Eurasian Soil Science, 2010, Vol. 43(4), pp. 459–467.Федотов Г.Н., Артемьева З.С. Коллоидная составляющая грануло-денсиметрических фракций почв // Почвоведение. 2015. № 1. С. 61–70.Fedotov G.N., Artemeva Z.S., Kolloidnaya sostavlyayushchaya granulo densimetricheskikh fraktsij pochv (Colloidal component of granulo-densimetric fractions of soils), Pochvovedenie, 2015, No. 1, pp. 61–70.Хан Д.В. Органо-минеральные соединения и структура почвы. М.: Наука, 1969. 141 с.Khan D.V., Organo mineralnye soedineniya i struktura pochvy (Organo-mineral compounds and soil structure), Moscow: Nauka, 1969, 141 p.Цомаева Е.В., Артемьева З.С., Засухина Е.С., Варламов Е.Б. Несиликатное железо минерально-ассоциированного органического вещества агрочерноземов разной локализации на склоне // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. Вып. 115. С. 54–86. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-115-54-86.Tsomaeva E.V., Artemyeva Z.S., Zasukhina E.S., Varlamov E.B., Non-silicate iron in mineral-associated organic matter of agro-chernozems located on different positions on the slope, Dokuchaev Soil Bulletin, 2023, Vol. 115, pp. 54–86, DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-115-54-86.Чуков С.Н., Лодыгин Е.Д., Абакумов Е.В. Использование 13С ЯМР-спектроскопии в исследовании органического вещества почв (обзор) // Почвоведение. 2018. № 8. С. 952–964.Chukov S.N., Lodygin E.D., Abakumov E.V., Ispolzovanie 13S YAMR spektroskopii v issledovanii organicheskogo veshchestva pochv (obzor) (Use of 13C NMR spectroscopy in the study of soil organic matter (review)), Pochvovedenie, 2018, No. 8, pp. 952–964.Artemyeva Z., Danchenko N., Kolyagin Yu., Kirillova N., Kogut B. Chemical structure of soil organic matter and its role in aggregate formation in Haplic Chernozem under the contrasting land use variants // Catena. 2021. Vol. 204. P. 105403.Artemyeva Z., Danchenko N., Kolyagin Yu., Kirillova N., Kogut B., Chemical structure of soil organic matter and its role in aggregate formation in Haplic Chernozem under the contrasting land use variants, Catena, 2021, Vol. 204, pp. 105403.Baldock J.A., Oades J.M., Vassallo A.M., Wilson M.A. Solid-state CP/MAS 13C NMR analysis of bacterial and fungal cultures isolated from a soil incubated with glucose // Aust. J. Soil Res. 1990. Vol. 28. P. 213–225.Baldock J.A., Oades J.M., Vassallo A.M., Wilson M.A., Solid-state CP/MAS 13C NMR analysis of bacterial and fungal cultures isolated from a soil incubated with glucose, Aust. J. Soil Res., 1990, Vol. 28, pp. 213–225.Baldock J.A., Oades J.M., Waters A.G. et al. Aspects of the chemical structure of soil organic materials as revealed by solid-state 13C NMR spectroscopy // Biogeochemistry. 1992. Vol. 16. P. 1–42.Baldock J.A., Oades J.M., Waters A.G. et al., Aspects of the chemical structure of soil organic materials as revealed by solid-state 13C NMR spectroscopy, Biogeochemistry, 1992, Vol. 16, pp. 1–42.Beare M.H., Cabrera M.L., Hendrix P.F., Coleman D.C. Aggregate-protected and unprotected pools of organic matter in conventional and no-tillage ultisols // Soil Sci. Soc. Am. J. 1994. Vol. 58. Р. 787–795.Beare M.H., Cabrera M.L., Hendrix P.F., Coleman D.C., Aggregate-protected and unprotected pools of organic matter in conventional and no-tillage ultisols, Soil Sci. Soc. Am. J., 1994, Vol. 58, pp. 787–795.FAO, ITPS, 2015. Status of the World’s Soil Resources (SWSR). Main Report, Rome.FAO, ITPS, 2015. Status of the World’s Soil Resources (SWSR). Main Report, Rome.Gregorich E.G., Greer K.J., Anderson D.W., Liang B.C. Carbon distribution and losses, erosion and deposition effects // Soil & Tillage Research. 1998. Vol. 47(3). P. 291–302.Gregorich E.G., Greer K.J., Anderson D.W., Liang B.C., Carbon distribution and losses, erosion and deposition effects, Soil & Tillage Research, 1998, Vol. 47(3), pp. 291–302.Gupta V.V.S.R., Germida J.J. Distribution of microbial biomass and its activity in different soil aggregate size classes as affected by cultivation // Soil Biology & Biochemistry. 1988. Vol. 20. P. 777–786.Gupta V.V.S.R., Germida J.J., Distribution of microbial biomass and its activity in different soil aggregate size classes as affected by cultivation, Soil Biology & Biochemistry, 1988, Vol. 20, pp. 777–786.Hatcher P.G., Schnitzer M., Dennis L.W., Maciel G.E. Aromaticity of humic substances in soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. Vol. 45. P. 1089–1094.Hatcher P.G., Schnitzer M., Dennis L.W., Maciel G.E., Aromaticity of humic substances in soils, Soil Sci. Soc. Am. J., 1981, Vol. 45, pp. 1089–1094.Kuhn N.J. Erodibility of soil and organic matter, independence of organic matter resistance to interrill erosion // Earth Surface Processes and Landforms. 2007. Vol. 32. P. 794–802.Kuhn N.J., Erodibility of soil and organic matter, independence of organic matter resistance to interrill erosion, Earth Surface Processes and Landforms, 2007, Vol. 32, pp. 794–802.Kuhn N.J., Hoffmann. T., Schwanghart W., Dotterweich M. Agricultural soil erosion and global carbon cycle, controversy over? // Earth Surface Processes and Landforms. 2009. Vol. 34. P. 1033–1038.Kuhn N.J., Hoffmann T., Schwanghart W., Dotterweich M., Agricultural soil erosion and global carbon cycle, controversy over? Earth Surface Processes and Landforms, 2009, Vol. 34, pp. 1033–1038.Le Bissonnais Y. Aggregate stability and assessment of soil crustability and erodibility. P. I. Theory and methodology // Eur. J. Soil Sci. 1996. Vol. 47. P. 425–437.Le Bissonnais Y., Aggregate stability and assessment of soil crustability and erodibility. P. I. Theory and methodology, Eur. J. Soil Sci., 1996, Vol. 47, pp. 425–437.Six J., Elliott E.T., Paustian K. Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: A mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture // Soil Biol. Biochem. 2000. Vol. 32. Р. 2099–2103.Six J., Elliott E.T., Paustian K., Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: A mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture, Soil Biol. Biochem., 2000, Vol. 32, pp. 2099–2103.Tisdall J.M., Oades J.M. Organic matter and water-stable aggregates in soils // J. Soil Sci. 1982. Vol. 33. P. 141–163.Tisdall J.M., Oades J.M., Organic Matter and Water-Stable Aggregates in Soils, J. Soil Sci., 1982, Vol. 33, pp. 141–163.World Reference Base for Soil Resources. International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps, 4 th ed., International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, 2022. 236 p.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, 2022. 236 p.Xu S., Silveira M.L., Ngatia L.W., Normand A.E., Sollenberger L.E., Reddy K.R. Carbon and nitrogen pools in aggregate size fractions as affected by sieving method and land use intensification // Geoderma. 2017. Vol. 305. P. 70–79.Xu S., Silveira M.L., Ngatia L.W., Normand A.E., Sollenberger L.E., Reddy K.R., Carbon and nitrogen pools in aggregate size fractions as affected by sieving method and land use intensification, Geoderma, 2017, Vol. 305, pp. 70–79.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.