Химическая структура органического вещества водоустойчивых микроагрегатов агрочерноземов разных позиций на склоне

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.

1. Артемьева 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Ермолаев О.П. Пояса эрозии в природно-антропогенных ландшафтах речных бассейнов. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1992. 147 с.

6. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.

7. 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.

8. 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.

9. Федотов Г.Н., Артемьева З.С. Коллоидная составляющая грануло-денсиметрических фракций почв // Почвоведение. 2015. № 1. С. 61–70.

10. Хан Д.В. Органо-минеральные соединения и структура почвы. М.: Наука, 1969. 141 с.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. FAO, ITPS, 2015. Status of the World’s Soil Resources (SWSR). Main Report, Rome.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. Tisdall J.M., Oades J.M. Organic matter and water-stable aggregates in soils // J. Soil Sci. 1982. Vol. 33. P. 141–163.

26. 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.

27. 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.