Дыхательная активность и термическая стабильность органического вещества серых почв в процессе постагрогенного развития

Для оценки изменений дыхательной активности и термической стабильности почвенного органического вещества в процессе ее постагрогенного развития исследовали хроноряд серых почв (Haplic Luvisol), включающий пашню, залежи 7-летнего и 25-летнего возраста и суходольный луг. Образцы почв (0–30 см) на каждом из участков исследования отбирали в трех пространственно удаленных точках. В почвах методом элементного анализа (сухое окисление) определяли содержание органического углерода и общего азота. Используя метод термогравиметрического анализа, количественно оценивали пулы термически лабильного, стабильного и устойчивого почвенного органического вещества. В водных вытяжках определяли содержание растворенных форм углерода и азота. Скорость базального дыхания измеряли по интенсивности выделения СО₂ при инкубировании почв. Содержание углерода микробной биомассы определяли методом субстрат-индуцированного дыхания. В ходе постагрогенного развития бывших пахотных почв в них увеличивается содержание органического, растворенного и микробного углерода, общего и растворенного азота, и возрастает скорость базального дыхания. В почвах залежей, по сравнению с пахотной почвой, увеличивается доступность почвенного углерода к микробному разложению. В составе почвенного органического вещества преобладает термически лабильный пул (54– 68%). Термически стабильный пул органического вещества почв составляет 19–25%, устойчивый – 13–21% от общего органического вещества. Скорость накопления термически лабильного пула, рассчитанная для 25-летнего периода залежного режима, равна 3.9 мг_{лаб-ПОВ}/г, стабильного – 0.97 мг_{стаб-ПОВ}/г и устойчивого – 0.52 мг_{уст-ПОВ}/г в год в верхних 30 см почвы. При переходе пахотных почв в залежные в составе почвенного органического вещества увеличивается доля термически лабильного пула, приводя к снижению интегральной термической стабильности почвенного органического вещества. Полученные результаты свидетельствуют о тесной взаимосвязи между доступностью органического вещества к микробной минерализации и его термической стабильностью.

1. Баева Ю.И., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Почикалов А.В., Кудеяров В.Н. Физические свойства и изменение запасов углерода серых лесных почв в ходе постагрогенной эволюции (юг Московской области) // Почвоведение. 2017. № 3. С. 345–353. DOI: https://doi.org/10.7868/S0032180X17030029.

2. Когут Б.М., Семенов В.М., Артемьева З.С., Данченко Н.Н. Дегумусирование и почвенная секвестрация углерода // Агрохимия. 2021. № 5. С. 3–13. DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188121050070.

3. Курганова И.Н., Телеснина В.М., Лопес де Гереню В.О., Личко В.И., Караванова Е.И. Динамика пулов углерода и биологической активности агродерново-подзолов южной тайги в ходе постагрогенной эволюции // Почвоведение. 2021. № 3. С. 287–303. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X21030102.

4. Полевой определитель почв России. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.

5. Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Лопес де Гереню В.О., Овсепян Л.А., Семенов М.В., Курганова И.Н. Пулы и фракции органического углерода в почве: структура, функции и методы определения // Почвы и окружающая среда. 2023. Т. 6. № 1. e199. DOI: https://doi.org/10.31251/pos.v6i1.199.

6. Теории и методы физики почв / под ред. Е.В. Шеина, Л.О. Карпачевского. Тула: Гриф и К, 2007, 616 с.

7. Филимоненко Е.А., Упорова М.А., Арбузова Е.А., Ибраева К., Константинов А.О., Курганова И.Н., Кузяков Я.В. Конверсия пашни в залежь увеличивает стабильность органического вещества почвы // Агрофизика. 2023. № 3. С. 9–16. DOI: https://doi.org/10.25695/AGRPH.2023.03.02.

8. Холодов В.А., Рогова О.Б., Лебедева М.П., Варламов Е.Б., Волков Д.С., Зиганшина А.Р., Ярославцева Н.В. Органическое вещество и минеральная матрица почв: современные подходы, определения терминов и методы изучения (обзор) // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. Вып. 117. С. 52–100. DOI: https://doi.org/10.19047/01361694-2023-117-52-100.

9. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A phisiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biology and Biochemistry. 1978. Vol. 10. No. 3. P. 215–221. DOI: https://doi.org/10.1016/0038-0717(78)90099-8.

10. Barros N., Salgado J., Villanueva M., Rodriquez-Añón J., Proupin J., Feijóo S., Martín-Pastor M. Application of DSC–TG and NMR to study the soil organic matter // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2011. Vol. 104. No. 1. P. 53–60. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-010-1163-4.

11. Bell S.M., Raymond S.J., Yin H., Jiao W., Goll D.S., Ciais P., Olivetti E., Leshyk V.O., Terrer C. Quantifying the recarbonization of post-agricultural landscapes // Nature Communications. 2023. Vol. 14. No. 1. P. 2139. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-37907-w.

12. Chen W.-H., Chu Y.-S., Liu J.-L., Chang J.-S. Thermal degradation of carbohydrates, proteins and lipids in microalgae analyzed by evolutionary computation // Energy Conversion and Management. 2018. Vol. 160. P. 209– 219. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.01.036.

13. Doležalová-Weissmannová H., Malý S., Brtnický M., Holátko J., Demyan M.S., Siewert C., Tokarski D., Kameníková E., Kučerík J. Practical applications of thermogravimetry in soil science: Part 5. Linking the microbial soil characteristics of grassland and arable soils to thermogravimetry data // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2023. Vol. 148. No. 4. P. 1599– 1611. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-022-11709-6.

14. Fernández J.M., Plante A.F., Leifeld J., Rasmussen C. Methodological considerations for using thermal analysis in the characterization of soil organic matter // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2011. Vol. 104. No. 1. P. 389–398. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-010-1145-6.

15. IPCC, 2023: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC, Geneva, Switzerland, P. 35–115. DOI: https://doi.org/10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.

16. Kučerík J., Tokarski D., Demyan M.S., Merbach I., Siewert C. Linking soil organic matter thermal stability with contents of clay, bound water, organic carbon and nitrogen // Geoderma. 2018. Vol. 316. P. 38–46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.12.001.

17. Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Six J., Kuzyakov Y. Carbon cost of collective farming collapse in Russia // Global Change Biology. 2014. Vol. 20. No. 3. P. 938–947. DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.12379.

18. Kurganova I., Merino A., Lopes de Gerenyu V., Barros N., Kalinina O., Giani L., Kuzyakov Y. Mechanisms of carbon sequestration and stabilization by restoration of arable soils after abandonment: A chronosequence study on Phaeozems and Chernozems // Geoderma. 2019. Vol. 354. P. 113882. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.113882.

19. Pausch J., Kuzyakov Y. Carbon input by roots into the soil: Quantification of rhizodeposition from root to ecosystem scale // Global Change Biology. 2018. Vol. 24. No. 1. P. 1–12. DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.13850.

20. Plante A.F., Fernández J.M., Haddix M.L., Steinweg J.M., Conant R.T. Biological, chemical and thermal indices of soil organic matter stability in four grassland soils // Soil Biology and Biochemistry. 2011. Vol. 43. No. 5. P. 1051–1058. DOI: https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.01.024.

21. Plante A.F., Fernández J.M., Leifeld J. A pplication of thermal analysis techniques in soil science // Geoderma. 2009. Vol. 153. No. 1-2. P. 1–10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.08.016.

22. Ren W., Banger K., Tao B., Yang J., Huang Y., Tian H. Global pattern and change of cropland soil organic carbon during 1901-2010: Roles of climate, atmospheric chemistry, land use and management // Geography and Sustainability. 2020. Vol. 1. No 1. P. 59–69. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geosus.2020.03.001.

23. Sokolov D.A., Dmitrevskaya I.I., Pautova N.B., Lebedeva T.N., Chernikov V.A., Semenov V.M. A Study of Soil Organic Matter Stability Using Derivatography and Long-Term Incubation Methods // Eurasian Soil Science. 2021. Vol. 54. P. 487–498. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229321040141.

24. Tokarski D., Wiesmeier M., Doležalová Weissmannová H., Kalbitz K., Scott Demyan M., Kučerík J., Siewert C. Linking thermogravimetric data with soil organic carbon fractions // Geoderma. 2020. Vol. 362. P. 114124. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.114124.

25. WRB. 2022. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria.