научная статья по теме ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛАБИЛЬНОГО И УСТОЙЧИВОГО ПУЛОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В АГРОСЕРОЙ ПОЧВЕ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛАБИЛЬНОГО И УСТОЙЧИВОГО ПУЛОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В АГРОСЕРОЙ ПОЧВЕ»

го и устойчивого углерода определяли двумя способами. Первый способ: кумулятивную кривую эмиссии СО2 аппроксимировали за период эксперимента с помощью уравнения:

Ct = Ae -kk + (1 - A)

-k2t

(3)

где С( - содержание органического углерода (С орг) в почве за вычетом кумулятивных потерь

C—CO2 за время t, выраженное как доля от исходного С орг в почве, A1 — доля лабильного пула, к1 и к2 — константы скоростей разложения лабильного и стабильного пулов соответственно.

Второй способ: константу разложения (к) и среднее время обновления (MRT) молодого С4 и старого С3 углерода рассчитывали по следующей формуле, полагая, что разложение лабильного органического вещества растительных остатков кукурузы и стабильного ПОВ происходит по экспоненциальному закону [8]:

C = e-kt, (4)

к = -ln(Ct)/t. (5)

Среднее время обновления углерода при всех способах расчета констант разложения рассчитывали по формуле:

MRT = 1/k. (6)

Уравнения аппроксимировали, используя алгоритм Марквардта. Дифференцированный учет потерь молодого и старого органического вещества проводили по суммарным потерям 13С за год на основе результатов изотопного анализа углерода в начале и конце инкубирования. Суммарные годовые потери старого С3 углерода рассчитывали по разности между кумулятивной эмиссией СО2 в ходе годовой инкубации и потерями молодого С4 углерода. Эксперименты проводили в 3-4-кратной повторности. Результаты анализов рассчитывали на абсолютно сухую навеску.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Кумулятивные потери и константы разложения ПОВ. Интенсивность дыхания в процессе инкубирования почвы свидетельствует о различной устойчивости органического вещества гранулометрических фракций к разложению почвенными микроорганизмами (рис. 1, табл. 1). Потери углерода в течение года составили 7—26% от исходного С орг в гранулометрических фракциях. Наименьшие потери углерода были обнаружены в илистой фракции, наибольшие — в крупно- и среднепылеватой фракциях. Как в гранулометрических фракциях, так и в почве в целом, величина С—СО2/С орг в контроле существенно превосходила долю годовых потерь углерода в форме СО2 в вариантах с внесением растительных остатков в почву.

Уменьшение потенциальных потерь углерода из почвы в процессе дыхания, эрозии или вымывания ПОВ за пределы почвы рассматривается как стабилизация ПОВ [27]. Противоположное явление — дестабилизация ПОВ — представляет собой увеличение потерь углерода: усиление минерализации и миграционных потерь, связанных с эрозией и внутрипочвенным стоком. Таким об-

разом, после 5-летнего внесения растительных остатков в серой лесной почве преобладала стабилизация углерода. В контрольной почве после 5-летнего культивирования в виде черного пара, напротив, доминировал процесс дестабилизации и минерализации органического вещества. Особенно ярко эти различия наблюдались на примере легкой фракции: в контроле годовые потери углерода в процессе инкубации составили около 20% от исходного содержания С орг, в то же время в вариантах с внесением органических остатков кукурузы потери сократились примерно в два раза.

Расчет констант разложения органического вещества по уравнению (3) свидетельствует о том, что различия в устойчивости проявляются преимущественно при разложении стабильного пула органического вещества, характеризующегося константой разложения к2. В отличие от констант разложения лабильного пула к1, которые незначительно различаются по гранулометрическим фракциям, величины к2, так же как и величины годовых потерь углерода, свидетельствуют о высокой лабильности фракций крупной и средней пыли, в то время как наиболее устойчивыми оказались фракции тонкой пыли и ила. Противоречивые данные получены для фракции ЛФ + песок по вариантам опыта. В контрольном варианте эта фракция являлась наиболее лабильным компонентом ПОВ с наибольшим значением величины к2 среди всех исследованных образцов. В вариантах почвы с внесением растительных остатков этот пул ПОВ оказался гораздо более устойчивым по величине к2, сравнимой с тонкопылеватой и илистой фракцией. Наличие небольшого (4.5% от С орг) лабильного пула даже в устойчивых тонких фракциях подтверждает вывод об их гетерогенности, сделанный в предыдущих исследованиях [21]. Полученные нами величины констант вполне согласуются с литературными данными, свидетельствующими об увеличении константы разложения ПОВ в тонких фракциях [10, 18—20].

Кумулятивные потери углерода из почвы за год в нашем эксперименте оказались примерно равны эмиссии СО2, рассчитанной как сумма потерь углерода из гранулометрических фракций с учетом весовой доли фракции в почве. Для контрольной почвы и вариантов с внесением 1.9 и 5.8 кг С/м2 годовые потери при инкубировании нефракциони-рованной почвы эти величины составили 183, 181 и 220 мг С—СО2/100 г, а при суммировании фракций - 196, 178 и 233 мг С-СО2/100 г соответственно. Как таковая, близость указанных величин еще не свидетельствует в полной мере об отсутствии изменений качества органического вещества в ходе гранулометрического фракционирования. Дело в том, что константы разложения органического вещества фракций в нашем эксперименте значительно отличаются от соответствующих парамет-

0.80 - -

0.75 - -

0.70 '-1-1-1-1 '-1-1-1-1

0 100 200 300 400 0 100 200 300 400

Сутки

Рис. 1. Содержание С орг в гранулометрических фракциях агросерой почвы за вычетом потерь углерода в виде СО2 в

контрольном варианте (1) и после внесения 1.9 кг С/м2 (2) и 5.8 кг С/м2 (3): А — ЛФ + песок (100—1000 мкм); Б — крупная пыль (10—100 мкм), В — средняя пыль (5—10 мкм); Г — тонкая пыль (1—5 мкм); Д — ил (<1 мкм); Е — нефракцио-нированная почва.

Таблица 1. Константы разложения органического вещества гранулометрических фракций агросерой почвы в слое 0—25 см, рассчитанные по уравнению (3) (среднее + STD)

СЛ

чо о

Вариант

Фракция

Потери углерода за год

мгС-ССуЮОг

C-CCVC орг

ki, лет 1

MRTh лет

к2, лет 1

МКГ2, лет

Я

О Л и

о и

и й и

м

К

и

£

Контроль

1.9кгС/м^

5.8 кг С/м2

Нефракционированная почва Песок + ЛФ 100-1000 мкм Крупная пыль 10—100 мкм Средняя пыль 5—10 мкм Тонкая пыль 1—5 мкм Ил<1 мкм

Нефракционированная почва Песок + ЛФ 100-1000 мкм Крупная пыль 10—100 мкм Средняя пыль 5—10 мкм Тонкая пыль 1—5 мкм Ил<1 мкм

Нефракционированная почва Песок + ЛФ 100-1000 мкм Крупная пыль 10—100 мкм Средняя пыль 5—10 мкм Тонкая пыль 1—5 мкм Ил<1 мкм

189 ±6 317 ± 2 92 ± 1 379 ±4 372 ± 3 435 ± 19 185 ±9 280 ±5 102 ± 1 340 ±4 335 ±6 325 ±2 225 ±4 582 ±21 112 + 1 456 ±7 357 ± 1 394 ± 13

0.139 : 0.195 : 0.252 : 0.237: 0.114: 0.106 : 0.125 : 0.082 : 0.213 : 0.192 : 0.097 : 0.072 : 0.122 : 0.113 : 0.183 : 0.186 : 0.092 : 0.086 :

: 0.003 : 0.005 : 0.004 : 0.004 : 0.003 : 0.003 : 0.006 : 0.004 : 0.003 : 0.004 : 0.002 : 0.003 : 0.005 : 0.003 : 0.004 : 0.005 : 0.005 : 0.004

0.055: 0.045: 0.011 : 0.014: 0.022: 0.030 : 0.057: 0.037 : 0.014: 0.014: 0.022: 0.031 : 0.062 : 0.037 : 0.014: 0.022: 0.022: 0.045:

: 0.003 : 0.002 : 0.002 : 0.003 : 0.001 : 0.001 : 0.004 : 0.001 : 0.001 0.001 : 0.002 : 0.002 : 0.003 : 0.001 : 0.001 : 0.001 : 0.001 : 0.002

23.5 ±2.5

13.6 ±0.9

23.7 ±7.4 12.1 ±2.2

8.1 ±0.6 6.9 ±0.7 25.5 ± 3.5

3.5 ±0.2 15.4 ±2.2 17.1 ±2.7

3.0 ±0.2

14.8 ±0.6 23.1 ±2.1

16.9 ±2.5

2.6 ±0.4 10.0 ± 1.3

8.2 ±0.6 14.8 ± 1.2

0.043 : 0.074: 0.042: 0.082: 0.123: 0.145: 0.039 : 0.287: 0.065 : 0.058: 0.330: 0.068 : 0.043 : 0.059 : 0.383 : 0.100: 0.122: 0.068 :

: 0.004 : 0.005 : 0.019 : 0.018 : 0.010 : 0.016 : 0.002 : 0.018 : 0.011 : 0.011 : 0.027 : 0.003 : 0.004 : 0.010 : 0.063 : 0.015 : 0.009 : 0.006

0.097 : 0.171: 0.276 : 0.263 : 0.099 : 0.084: 0.079 : 0.046 : 0.226 : 0.199: 0.078: 0.044: 0.070 : 0.085: 0.186: 0.175: 0.071 : 0.043 :

: 0.002 : 0.002 : 0.001 : 0.001 : 0.001 : 0.002 : 0.003 : 0.001 : 0.001 : 0.001 : 0.001 : 0.001 : 0.002 : 0.002 : 0.001 : 0.002 : 0.001 : 0.002

10.3 ±0.2 5.8 ±0.1

3.6 ±0.1 3.8 ±0.1

10.1 ±0.1 11.9 ±0.3

12.6 ±0.4 21.9 ±0.6

4.4 ±0.1 5.0 ±0.1 12.8 ±0.2 22.5 ±0.3

14.2 ± 0.4

11.7 ±0.3 5.4 ±0.1

5.7 ±0.1 14.0 ±0.1

23.3 ± 1.0

та S о я о

и

>

тз

ров, рассчитанных для почвы в целом. Процесс фракционирования, связанный с диспергированием почвенных агрегатов и отмучиванием частиц в воде, приводил к противоположно направленным изменениям к1 и к2. Фракционирование снижало константу к1 и размер лабильного пула А1, поскольку значения этих параметров в почве выше соответствующих данных для любой из фракций во всех вариантах опыта. Следовательно, в процессе выделения гранулометрических фракций теряется часть лабильного пула почвы. Вероятно, потери связаны с растворением в воде наиболее разлагаемой части лабильного пула. Константа разложения устойчивого пула (к2) в любой из фракций существенно выше, чем к2 в почве. Увеличение скорости разложения устойчивого пула после фракционирования, скорее всего, связано с диспергированием агрегатов (механическим растиранием и ультразвуковой обработкой) при подготовке почвы к гранулометрическому анализу. В связи с этим, вывод Кристенсе-на [13] о незначительном влиянии физической (агрегатной) стабилизации на процессы разложения органического вещества, сделанный только на основе кумулятивных потоков СО2, нам представляется недостаточно обоснованным. Таким образом, данные инкубационного эксперимента можно использовать только как относительные величины для сравнения устойчивости фракций между собой, поскольку при нарушении физической стабилизации, которая является важным механизмом устойчивости органического вещества почвы, происходят значительные изменения в составе органического вещества фракций.

Константы разложения старого и молодого углерода ПОВ. Изотопный состав гранулометрических фракций до и после инкубирования свидетельствует об уменьшении соотношения 13С/12С не только в вариантах с внесением растительных остатков кукурузы, но и в контроле (табл. 2). Однако изменения изотопного состава в контрольной почве (0.2-0.4%о) было существенно меньше, чем в почве с внесением растительных остатков кукурузы (0.5-1.3%). Изменение изотопного состава в процессе инкубирования С3 почвы, не содержащей С4 углерод, обычно связывают с изме

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком