CC BY
175
79 % НВ) и позволили яровой пшенице по предшественнику кукурузе сформировать максимальную урожайность зерна - 5,1 т/га.
Литература
1. Почвенно-климатические условия и урожайность яровой пшеницы: рекомендации / Ю.Г. Жилин, А.Е. Кочергин, А.Х. Кольцов [и др.]. - Тюмень, 1983. - 40 с.
2. Каретин Л.Н. Почвы Тюменской области. - Новосибирск: Наука, 1990. - 286 с.
3. Сляднев А.П., Сенников В.А. Агроклиматические ресурсы Западной Сибири и повышение эффективности их использования в сельскохозяйственном производстве // Агроклиматология Сибири. - Новосибирск, 1977. - С. 99-116.
4. Хусаинов А.Т. Гидроморфные солонцы Западной Сибири в процессе мелиорации. - Тюмень-Кокшетау, 2012. - 320 с.
УДК 634.412 Л.Н. Пуртова, Н.М. Костенков
ЭМИССИЯ СО2 ИЗ ПОЧВ ПРИРОДНЫХ ЛАНДШАФТОВ ЮГА ПРИМОРЬЯ
Представлены результаты исследований эмиссии СО2 из почв природных ландшафтов абсорбционным методом в условиях in exp. Установлено, что большие показатели эмиссии СО2 свойственны для буроземов с высоким уровнем содержания гумуса со средней степенью обогащенности почв каталазой. Выделены четыре группы почв по величине потерь СО2. Установлены высокие коэффициенты корреляции между содержанием гумуса и эмиссией СО2, а также содержанием гумуса и каталазной активностью почв.
Ключевые слова: почвы, гумус, эмиссия СО2, каталазная активность, ландшафт.
L.N. Purtova, N.M. Kostenkov CO2 EMISSION FROM NATURAL LANDSCAPE SOILS OF THE PRIMORYE SOUTH
The research results of CO2 emission from natural landscape soils by absorption method in exp. conditions are presented. It is established that high rates of CO2 emission are characteristic for brown earth with high humus content with an average degree of soil catalase enrichment. The four soil groups according to the amount of CO2 loss are singled out. The high correlations between the humus content and CO2 emissions, as well as humus and soil catalase activity are determined.
Key words: soil, humus, CO2 emissions, catalase activity, landscape.
Введение. Исследованию эмиссии СО2 с поверхности почв обращено пристальное внимание как отечественных, так и зарубежных исследователей в связи с глобальной проблемой увеличения концентрации в атмосфере парниковых газов, среди которых диоксид углерода играет главную роль. В настоящее время опубликован ряд работ по оценке почвенной эмиссии СО2 как на региональных уровнях, так и в глобальном масштабе [3, 6, 7, 11-13, 15, 16].
Показатели почвенного дыхания широко используются для оценки продуктивности экосистем, а также для анализа активности почвенных микроорганизмов. Выделение углекислоты может быть объективным индикатором интенсивности разложения органического вещества почвы и позволяет охарактеризовать одну из важнейших сторон биологического круговорота веществ. В автоморфных почвах СО2 практически единственное летучее соединение, в виде которого происходят потери углерода. Наряду с исследованием эмиссии
СО2 из почв in sity, широкое применение нашел абсорбционный метод исследования эмиссии СО2 в условиях in exp. [12-13].
Почвы юга Приморья остаются практически неизученными в отношении почвенного дыхания, что увеличивает неопределенность при оценке общего дыхания почв России [6]. Это в значительной мере и определяет актуальность проводимых исследований.
Цель работы. Количественное определение эмиссии СО2 из почв природных ландшафтов.
Задачи исследований:
1.Изучение изменений в показателях общего дыхания почв, относящихся к различным почвенным отделам: структурно-метаморфическому, текстурно-дифференцированному, аллювиальному и техногенным поверхностным образованиям (ТПО).
2.Исследование физико-химических параметров различных почв.
3. Определение каталазной активности почв.
4.Установление связи между физико-химическими параметрами почв, каталазной активностью и эмиссией СО2.
Материалы и методы исследований. Объектом исследований явились почвы природных ландшафтов, наиболее распространенные на территории Приморского края, сформированные под пологом широколиственных лесов. Согласно классификации 2004 г. [4], относящиеся к отделу структурно метаморфических почв - это бурозем типичный со строением профиля AY (0-^м) - BM (16-79) - С (79-120 см); бурозем опод-золенный - AY (0-7см) - EL (7-18) - BM (14-49) - C (49-98 cм).
Из почв текстурно-дифференцированного отдела, сформированных под разнотравно-злаковой растительностью, исследован подбел темногумусовый типичный с набором генетических горизонтов - AU (0-22cм)
- EL (22-34) - BEL (34-54) - C (54-100 cм); подбел темногумусовый глееватый - AU (0-32cм) - ELg (32-42) -BTg (42-67) - G (67-100) - CG (10-120 см); дерново-буро-подзолистая глееватая почва - AY (0-21 см) - BEL (21-34) - BT (34 -53 ) - C (53-100 cм).
Изучены почвы, относящиеся к отделу аллювиальных, сформированные в долинах рек - аллювиальная темногумусовая, профиль которой дифференцирован на горизонты AU (0-42 cм) - C (42-52 cм), и аллювиальная агрогумусовая глееватая: P(5-20 cм) - AYg (35-45) - G (45-68) - C (68-75 cм).
Среди техногенных поверхностных образований исследован литострат (отвалы пород), представленный двумя слоями: I (0-^м) - II (17-34 cм).
Эмиссию СО2 определяли абсорбционным методом [14] в условиях in exp. Навеску почвы в количестве 100 г помещали в сосуд-изолятор (d = 10 cм, h = 15 cм), внутрь ставили чашечку (d = 5cм) с 5 мл 2N NaOH. Повторность опыта трехкратная. Время экспозиции 24, 120 и 288 ч. После чего чашечку извлекали и титровали 0,2 N HCl c фенолфталеином. Выделенное количество СО2 определяли с учетом холостого титрования (щелочь за период экспозиции помещали в сосуд без почвы объемом, равным объему свободного пространства в сосуде). Исследования велись при разном уровне влажности почв, с добавлением дистиллированной воды до величины полной влагоемкости (ПВ) и 60% от ПВ. Наряду с исследованием эмиссии СО2 из почв определяли показатели каталазной активности почв газометрическим методом [8]. Физико-химические параметры почв - содержание Собщ, ^бщ определяли на элементном анализаторе Flash-2000, обменную кислотность почв (рНс) - потенциометрическим методом, сумму обменных оснований - по Каппену-Гельковицу [1]. Оценка содержания гумуса дана по шкале, предложенной Д.С.Орловым с соавторами [9].
Результаты и обсуждение. Согласно схеме агроэкологического районирования, исследуемые почвы сформированы в Южно-Приморской области, расположенной на крайнем юге края, и входят в Партизанскую провинцию [11]. Провинция имеет теплый и мягкий климат и защищена горами от вторжения холодных континентальных воздушных масс. Продолжительность безморозного периода составляет 170 дней, сумма активных температур колеблется в пределах 2300-2500°С, годовая сумма осадков не превышает 800 мм, до 90 % которых выпадает в теплый период года.
Исследованиями охвачены почвы, согласно классификации 2004 г., приуроченные к стволу постлито-генного и синлитогенного почвобразования, которые относятся к отделам: структурно-метаморфические (буроземы типичные, буроземы оподзоленные); текстурно-дифференцированные (темногумусовый подбел типичный, подбелы типичные глееватые); аллювиальные (аллювиальные темно-гумусовые, аллювиальные агрогумусовые глееватые), а также типичные поверхностные образования (ТПО), т.е. литостраты.
Приведем краткую характеристику основных физико-химических параметров исследуемых почв (табл.1). Для буроземов (типичных, оподзоленных) свойственно широкое колебание содержания гумуса в поверхностных горизонтах - от очень высокого до ниже среднего. С глубиной количество гумуса убывает до низких значений.
Таблица 1
Физико-химические свойства почв природных ландшафтов юга Приморья
Почва Горизонт Глубина, см рН солевой Сумма поглощенных оснований, мэкв/100г почвы Гумус, % Nобщ C:N
Бурозем типич- AY 0-16 6,1 37,8 10,50 0,44 13,7
ный BM 16-33 3,7 3,7 2,30
Бурозем AY 0-7 4,1 27,1 4,87 0,23 14,4
оподзоленный EL 7-18 3,4 23,6 3,00
Подбел темно- AU 0-22 3,3 11,8 7,03 0,38 13,8
гумусовый ELn 22-34 3,8 11,6 3,80
типичный
Подбел темно- AU 0-20 4,3 12,6 5,10 0,26 13,3
гумусовый глее- ELng 20-26 4,2 15,9 2,70
ватый
Дерново- AY 5-15 4,1 11,4 5,22 0,27 13,1
буроподзолистая BEL 20-30 3,0 4,4 1,50
глееватая
Аллювиальная AU 0-42 4,6 18,0 4,17 0,72 3,9
темногумусовая C 42-52 4,0 5,3 1,50
Аллювиальная Р 0-20 5,1 24,8 4,53 0,14 8,1
агрогумусовая AYg 20-45 5,0 22,4 3,40
глееватая
Литострат I II 0-17 17-34 5,8 6,2 15,1 15,5 1,20 0,10 0,05 16,4
Обменная кислотность в поверхностных горизонтах изменяется от слабокислой (бурозем типичный) до сильнокислой (бурозем оподзоленный). В нижних горизонтах показатели рНс снижаются до очень сильнокислой, сумма поглощенных оснований высокая. Соотношение C:N низкое, что свойственно для грубогумус-ных горизонтов почв.
В подбелах темногумусовых по сравнению с буроземами содержание гумуса несколько снижается. Количество его в горизонте AU варьирует от высоких до ниже средних значений. Реакция среды, судя по параметрам рНс, изменяется от очень сильнокислой до сильнокислой. Сумма поглощенных оснований уменьшается. Соотношение C:N из-за низкой обеспеченности почв азотом низкое.
Для дерново-буро-подзолистых почв характерно содержание гумуса ниже средних значений. С глубиной в горизонте BEL количество его резко сокращается до малых показателей. Гумусообразование протекает в условиях сильнокислой реакции среды. Сумма поглощенных оснований низкая. Соотношение C:N достигает 13, что свидетельствует о меньшей обеспеченности почв азотом и подтверждается низкими показателями N общ.
В поверхностных горизонтах аллювиальных почв (аллювиальная темногумусовая, аллювиальная аг-рогумусовая глееватая) содержание гумуса ниже среднего. Реакция среды кислая, а в агрогенных аналогах среднекислая. По сравнению с дерново-подзолистыми-глеевыми почвами в аллювиальных почвах отмечается возрастание суммы обменных оснований и, судя по соотношению СД зафиксирована высокая обога-щенность гумуса азотом.
Для литостратов свойственны очень малое содержание гумуса и слабокислая реакция почвенной среды. Следует отметить низкую сумму поглощенных оснований и азота. Степень обогащенности гумуса азотом, исходя из соотношения СД также крайне низкая.
Исследованиями эмиссии СО2 из поверхностных горизонтов почв (при 60 % от ПВ) установлено, что наибольшие показатели эмиссии свойственны для бурозема типичного. Для этого типа почв характерны высокие показатели содержания гумуса в их поверхностных горизонтах. Усиление эмиссии СО2 обусловлено, на наш взгляд, складывающимся окислительно-восстановительным режимом, т.е. окислительным по всему профилю [5], а также средней обогащенностью почв каталазой (Ка = 3,4 О2 см3/г за 1 мин из-за высокой микробиологической активности [2, 15]. Обилие органического вещества в поверхностных горизонтах буроземов и высокие значения окислительно-восстановительного потенциала определяют высокую минерализацию органического вещества, что в значительной мере усиливает эмиссию СО2.
Низкая эмиссия СО2 зафиксирована в почвах, относящихся к отделу аллювиальных - аллювиальная темногумусовая почва - и к текстурно-дифференцированному отделу - дерново-буроподзолистой глееватой почве (табл.2). Для данных типов почв, согласно оценочным градациям [9], свойственны уровни содержания гумуса ниже средних значений. Обогащенность почв каталазой (Ка) бедная и очень бедная. Показатели Ка составляют в аллювиальной темногумусовой почве - 1,5, в дерново-буроподзолистой глееватой - 2,3 О2 см3/г за 1 мин. Самый низкий уровень эмиссии СО2 свойственен для ТПО, т.е. литострата с низким уровнем содержания гумуса и бедной обогащенностью почв каталазой (0,6 О2 см3/г за 1 мин). Подбел типичный и подбел темногумусовый глееватый по параметрам потерь СО2 занимали промежуточное положение между буроземами и аллювиальными почвами (1,05; 1,08 г С-СО2 м2 сутки). Для них характерна слабая обогащен-ность почв каталазой (1,5; 1,6 О2 см3/г за 1 мин).
Средние показатели потерь СО2 при 60% от ПВ изменялись в ряду: бурозем типичный (1,92 г) - бурозем оподзоленный (1,86 г) - подбел темногумусовый глееватый (1,08 г) - подбел типичный (1,05 г) - аллювиальная агрогумусовая глееватая (1,03 г) - аллювиальная темногумусовая (0,67 г) - дерновобуроподзолистая глееватая (0,64 г) - литострат (0,27 г С-СО2 м2/сутки).
Таблица 2
Показатели эмиссии СО2 в почвах юга Приморья
Почва Горизонт 60 % от ПВ 100 % ПВ
г С-СО2 м2/ сутки
Бурозем типичный АY 1.92+0.37 0.57+0.10
Бурозем оподзоленный АY 1.86+0.40 0.66+0.05
Темногумусовый подбел АU 1.05+0.26 0.44+0.08
типичный
Подбел темногумусовый АU 1.08+0.29 0.43+0.10
глееватый
Дерново-буро- АY 0.64+0.14 0.60+0.12
подзолистая глееватая
Аллювиальная агрогуму- АU 1.03+0.09 0.64+0.10
совая глееватая
Аллювиальная темногу- АU 0.67+0.26 0.44+0.18
мусовая
Литострат I 0.27+0.06 0.14+0.04
Коэффициент корреляции (г) для пары Ка-С-СО2 в исследуемом ряду почв составил +0,78. С содержанием гумуса связь была более тесной, о чем свидетельствовали более высокие показатели г (+0,82). Установлен также высокий коэффициент корреляции между содержанием гумуса и каталазной активностью почв (+ 0,85).
При насыщении почв водой до полной влагоемкости (ПВ) резко снизилось количество СО2, выделяемое почвой. Это обусловлено созданием анаэробных условий и ухудшением газообмена между почвой и надпочвенным воздухом.
По величине потерь СО2 из почв при 60% от ПВ возможно выделение четырех групп: I - >1,62 г с высоким уровнем потерь СО2; II - 1,62-1,11 г - со средним; III - 1,10-0,48 г - с низким; IV -< 0,48 г С-СО2 м2/сутки - очень низким. В первую группу вошли буроземы (типичные, оподзоленные); во вторую подбел темногумусовый глееватый; третью - темногумусовый подбел типичный, дерново-буроподзолистая, аллювиальная темногумусовая, аллювиальная агрогумусовая глееватая; в четвертую - литострат (ТПО).
Выводы
Исследованиями эмиссии СО2 абсорбционным методом в условиях ex.sity в почвах равнинных территорий юга Приморья установлено, что большие потери СО2 свойственны для буроземов типичных и опод-золенных со средней степенью обогащенности почв каталазой.
2.Средние показатели потерь С-СО2 убывают в ряду: бурозем типичный - бурозем оподзоленный -подбел темногумусовый глееватый - подбел типичный - аллювиальная агрогумусовая глееватая - аллювиальная темногумусовая - дерново-буроподзолистая глееватая - литострат.
3. Во всех исследуемых почвах при насыщении их до величины ПВ эмиссия СО2 снижается.
4. По показателям потерь СО2 определены 4 группы почв: I - >1,62 г С-СО2 м2/сутки с высоким уровнем потерь СО2; II - 1,62-1,11 - со средним; III - 1,10-0,48 - с низким; IV -< 0,48 г С-СО2 м2/сутки - с очень низким уровнем потерь СО2.
5. Установлены высокие коэффициенты корреляции между содержанием гумуса и эмиссией СО2 (r =+0,82), а также с содержанием гумуса и каталазной активностью почв (+ 0,85). Коэффициент корреляции для пары Ка-С-СО2 в исследуемом ряду почв составил +0,78.
Литература
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.
2. Голодяев Г.П. Биологическая активность горно-лесных почв Южного Приморья // Вопросы численности, биомассы и продуктивности почвенных микроорганизмов. - Л.: Наука, 1972. - С. 240-246.
3. Заварзин Г.А. Цикл углерода в природных экосистемах России // Природа. - 1994. - № 7. - С.15-18.
4. Классификация и диагностика почв России. - М.: Ойкумена, 2004. - 341 с.
5. Костенков Н.М. Окислительно-восстановительные режимы в почвах периодического переувлажнения. - М.: Наука, 1987. - 191 с.
6. Кудеяров В.Н., Курганова И.Н. Дыхание почв России. Анализ базы данных многолетнего мониторинга. Общая оценка // Почвоведение. - 2005. - № 9. - С.1112-1121.
7. Кудеяров В.Н. Вклад почвенного покрова России в мировой биогеохимический цикл углерода // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. - М.: Наука, 2006. - С. 345-361.
8. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под. ред. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 304 с.
9. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. - 2004. - № 8. - С. 918-926.
10. Эмиссия углекислого газа из почв природных и антропогенных ландшафтов юга Приморья / Л.Н. Пурто-ва, Н.М. Костенков, В.А Семаль [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 1. - С.585-589.
11. Степанько А.А. Агрогеографическая оценка земельных ресурсов и их использование в районах Дальнего Востока. - Владивосток: Изд-во ДВО РАН, 1992. - 115 с.
12. Чимитдоржиева Э.О., Чимитдоржиева Г.Д. Особенности эмиссии углекислого газа из мучнистокарбонатных черноземов Тунгусской котловины Забайкалья // Агрохимия. - 2010. - № 11. - С.45-49.
13. Шарков И.Н. Сравнительная характеристика двух модификаций абсорбционного метода определения дыхания почв // Почвоведение. - 1987. - № 10. - С.153-157.
14. Щапова Л.Н. Микрофлора почв юга Дальнего Востока России. - Владивосток: Изд-во ДВО РАН, 1994.
- 172 с.
15. Hougton R.A., Skole V.R. The Earth as transformed by human action // Cambridge University press. - 1990.
- P.393-412. .
16. Schlensinger W.N., Andrews J.A. Soil respiration and global carbon cycle // Biogeochemistry. - 2000. - V.48.
- P.7-20.
