CC BY
15
УДК 631.4
ОЦЕНКА УРОВНЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В УСЛОВИЯХ ПОЧВЕННЫХ ЛИЗИМЕТРОВ*
М.В. Бирюков, И.М. Рыжова, А.А. Гунина, Л.Г. Богатырёв, Е.А. Погожева
В условиях стационарных почвенных лизиметров показано, что тип фитоценоза обусловливает процессы стабилизации органического вещества, а типология подстилок отражает особенности его превращения. В верхних горизонтах почв под залежью по сравнению с таковыми под другими сообществами обнаруживается максимальное количество крупных агрегатов при минимальных концентрациях углерода. Наибольшие его потери, оцененные по интенсивности дыхания, наблюдаются в почвах под смешанными насаждениями, наименьшие — в агроценозах.
Ключевые слова: органическое вещество, почвенные агрегаты, почвенные лизиметры, экосистемы.
Введение
Оценка поведения углерода в наземных экосистемах приобретает в настоящее время все большее значение. В первую очередь это касается почвы как основного резервуара углерода, превышающего соответствующие пулы в надземной биомассе в три, а в атмосфере в два-три раза [20]. Соответствующие исследования по оценке географии подстилкообра-зования [4] и поведения углерода проводятся в различных направлениях — от экспериментальных исследований и моделирования [9] до создания карт [3] в геоинформационной системе (ГИС).
Одним из важных направлений является исследование механизма закрепления углерода с последующей стабилизацией, которая происходит за счет его включения в состав почвенных агрегатов, что обеспечивает относительную сохранность элемента от процессов минерализации. Фактически речь идет о создании физического барьера между микроорганизмами и субстратом, содержащим углерод. Динамика и масштабы физической стабилизации зависят от климатических условий, характера растительного покрова, почвенных свойств и, по различным оценкам, составляют 0,4—1,2 • 106 т углерода в год [10, 14]. Данная проблема освещена в многочисленных работах как в русскоязычной, так и в зарубежной литературе [1, 5, 24].
Стабилизация углерода в почвах самым тесным образом связана с особенностями структурообразо-вания и типом растительности. Роль последней заключается не только в физическом воздействии и характере распределения корневой системы, максимум которой далеко не всегда приурочен к верхним горизонтам [21], но и в разнообразии и качестве корневых выделений, обусловленных возрастными и видовыми особенностями фитоценоза [26].
Важнейшими факторами, влияющими на процесс закрепления углерода, являются качество [23] и количество ежегодного опада, подчиняющиеся географическим закономерностям [2]. Фундаментальным показателем характеристики опада признано соотношение C:N, которое варьирует в широком диапазоне, постепенно сужаясь при разложении в профиле подстилок и затем в агрегатах, обычно достигая в наиболее мелких минимальных значений [22]. Это сопровождается дифференциацией качественного состава органического вещества в гранулометрических фракциях. Возросший интерес к этому процессу сочетается с вниманием к особенностям функционирования микробной биомассы. Так, по данным J. Six с соавт. [25], наибольшими концентрациями органического вещества и углерода микробной биомассы характеризуется фракция макроагрегатов. Отмечена различная биохимическая устойчивость органического вещества, принадлежащего фракциям разного размера. Если в макроагрегатах обнаруживается лабильный углерод [13, 17], то в микроагрегатах обычно сосредоточены более устойчивые соединения [16].
Все вышесказанное объясняет широкий интерес к вопросу стабилизации углеродного пула в почвах различного генезиса, включая процессы, сопровождающие ее при смене характера землепользования в условиях сельскохозяйственных угодий [25], их эволюции при восстановлении естественных фитоцено-зов [7] на месте заброшенных пашен или просто в естественных фитоценозах [15]. Однако исследования процессов формирования агрегатного состава почв в последних освещены в литературе недостаточно.
В нашу задачу входило оценить агрегатный состав почв под разными типами растительных сообществ, количество аккумулированного органического углерода в почвенных агрегатах, скорость раз-
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 13-05-00542 и ГК П1325 от 11 июня 2010 г. ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг.
ложения органического вещества в разных агрегатных фракциях.
Объекты и методы исследования
Работу осуществляли в рамках модельного эксперимента, начатого в 1967 г. на Почвенном стационаре Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. В ходе его организации (1965 г.) в бетонные бункеры объемом 3 х 3 х 2 м был засыпан среднесуглинистый бескарбонатный покровный суглинок. После двухлетней усадки грунта создавали растительные сообщества, типичные для южной тайги. Устройство лизиметров подробно описано в литературе [6, 8]. Выбор в качестве объекта исследования почв, формирующихся в больших открытых лизиметрах под разными фитоценозами в условиях модельного эксперимента, позволяет оценить различия в количестве стабилизированного органического углерода, связанные с влиянием биоценотического фактора, когда точно известно время взаимодействия растительных сообществ с одним и тем же гомогенизированным почвообразующим субстратом в одинаковых климатических условиях.
Изучали почвы двух лесных и одного травяного фитоценоза. Лесные сообщества представлены монодоминантными еловыми (Picea abies) и смешанными насаждениями из клена остролистного (Acer pla-tanoides) и дуба черешчатого (Qercus robur). Почвы травяного сообщества формировались 33 года в условиях девятипольного севооборота (без внесения органических удобрений) и 10 лет под залежью.
Особое внимание перед началом исследования было уделено морфогенетическому анализу самых верхних горизонтов. Это интересно в двух аспектах. Первый — строение лесных подстилок, которые отражают современные процессы преобразования органического вещества; второй связан с анализом глубины проникновения органического вещества в пределы покровного суглинка. Ниже представлены интегральные описания органопрофилей, формирующихся под разными фитоценозами почвенных лизиметров.
Еловые насаждения. Изучение морфологического строения подстилок, формирующихся под еловыми насаждениями, показало, что преимущественная роль принадлежит таковым деструктивного типа.
О1 0—3 см — лесная подстилка, хорошо отделяющаяся от минерального горизонта, буроватых тонов, состоит из остатков хвои, хорошо сохранившей свою структуру, мелких остатков веточек и незначительной примеси детрита. Практически все компоненты, входящие в ее состав, хорошо диагностируются.
А1/С 3—10 см — минеральный горизонт слабогуму-сированного покровного суглинка, неоднородный по составу, с фрагментами гумусированного мелкозема, содержащего небольшое количество детрита в виде полуразложившихся остатков бурой хвои. Преимущественная роль
по массе принадлежит желтовато-бурому пылеватому среднему суглинку. Незначительная окраска верхней части, непосредственно залегающей под подстилкой, говорит о чрезвычайно слабых процессах гумусообразования, снижающих оструктуренность горизонта.
Подстилка относится к деструктивному типу, слабосопряженная, маломощная. Гумусообразование характеризуется крайне низкой интенсивностью.
Смешанные насаждения. Здесь наблюдается совершенно иная картина преобразования растительных остатков и формирования органопрофиля, чем в еловых насаждениях. Обращают на себя внимание два момента: другое строение подстилки, свидетельствующее о замедленности процесса преобразования растительного опада, и интенсивные гумусообразова-ние и гумусонакопление, характеризующие лежащий под ней минеральный горизонт.
01 0—2 см — опад прошлых лет преимущественно лиственных пород, сохранивший свою структуру и консистенцию. Обнаруживаются веточки хвои, но самой хвои мало. Основная масса принадлежит листве бурых тонов, которая после высушивания при механическом воздействии легко разрушается на фрагменты.
02 2—5 см — ферментативный горизонт, основная масса бурых тонов. В отличие от опада прошлых лет здесь обнаруживается много веточек, мелких остатков древесины, хорошо сохранившейся хвои. В нижней части горизонта явная примесь мелкозема, прокрашенная гумусом и преобладающая в весовом отношении над детритом. Переход в нижележащий гумусово-аккумулятивный горизонт резкий.
А1 5—10 см — бурый влажный пылеватый средний суглинок, неоднородный по окраске, с хорошо острук-туренными элементами. Структура от слабозернистой до пылеватой. Обнаруживаются слабоокрашенные фрагменты мелкозема, которые могут быть легко отделены.
А1/С 10 см и ниже — влажноватый горизонт, неоднородный по окраске, с фрагментами неокрашенного и прокрашенного гумусом покровного суглинка буровато-желтоватых тонов, легко диагностируемых. Пылеватый, среднесуглинистый, плотного слабоструктурного сложения. Горизонт явно находится под влиянием гумусовых веществ, проникающих сюда из верхней толщи, но еще не может быть отнесен к группе горизонтов иллювиального характера. Очень слабо оструктурен.
Подстилка относится к ферментативному типу, маломощная, но в большей степени сопряженная по сравнению с таковой под еловыми насаждениями, с явно выраженным процессом гумусообразования под ней.
Широколиственные насаждения. Здесь, также как и под смешанными насаждениями, подстилка имеет сложное строение и относится к ферментативному типу.
О1 0—1 см — опад прошлых лет, бурого цвета, представлен хорошо сохранившимися листьями дуба и других лиственных пород. Есть веточки, но не в преобладающем количестве. Отдельные листья частично мацерированы, но самого детрита очень мало. Переход довольно резкий.
О2 1—2 см — ферментативный горизонт, представленный, так же как и вышележащий, листьями дуба и других деревьев. В отличие от предыдущего материал горизонта в большей степени разложившийся, но сохранивший свою структуру. Поверхность листьев имеет буровато-темный тон, мацерация выражена в гораздо большей степени. Веточки встречаются, но легко разрушаются при механическом воздействии, переход резкий.
А1 2—10 см — влажный бурый пылеватый средний суглинок, хорошо прогумусированный, мелкокомковато-зернистой пылеватой структуры, довольно однородно прокрашен гумусом; рыхлого, раздельночастичного структурного сложения. В верхней части много корней.
Подстилка ферментативного типа, слабосопряженная, маломощная. В отличие от предыдущих вариантов под широколиственными насаждениями идет интенсивное гумусообразование на тех же глубинах, что, очевидно, связано с характером поступающего опада.
Травяная растительность. В этих условиях также развиваются подстилки, сформированные опадом прошлых лет, но без значительного участия листьев древесных пород.
О1 0—2 см — опад прошлых лет, представленный остатками злаковой растительности, сохранившими свою структуру; буроватый тон. Старые фрагменты легко разрушаются при механическом воздействии.
АС 2—10 см — слабоокрашенный покровный пыле-ватый средний суглинок буроватых тонов, довольно равномерного прокрашивания, очень слабо оструктуренный, с трудом разламывается руками. Практически нет хорошо оструктуренного мелкозема. Гумусообразование ограничивается только слабым прокрашиванием.
Подстилка деструктивного типа, несопряженная, очень маломощная.
Образцы почв были отобраны в 2009 г. с глубин 0—5 и 10—15 см в 2-кратной повторности. Кэто-му времени возраст почв составил 43 года. Условия модельного эксперимента позволили оценить зависимость физической стабилизации органического углерода от биоценотических условий, исключив влияние других факторов почвообразования.
Почвенные агрегаты выделяли методом сухого просеивания из образцов, освобожденных от корней и высушенных при 25°. Образец массой 100 г помещали на сита (2000 и 250 мкм) и рассеивали на аналитической просеивающей машине AS200 (Retsch) с амплитудой 1,5 см в течение 180 с. В результате были выделены следующие фракции: > 2000 мкм (крупные макроагрегаты), 250—2000 мкм (мелкие макроагрегаты), < 250 мкм (микроагрегаты). Они были взвешены и проанализированы на содержание общего углерода и азота методом сухого сжигания при температуре 1200° на элементном анализаторе "Va-rio-EL II" (Elementar, Германия). Выбранный метод фракционирования позволяет выделить почвенные агрегаты вместе с ассоциированной с ними микро-биотой в наиболее неизмененном виде [19] .
Исследование эмиссии СО2 проводили для выделенных агрегатных фракций и ненарушенных почвенных образцов. Навески фракций массой 2 г помещали в стеклянные (20 мл) флаконы, увлажняли дистиллированной водой до 70% от полной полевой влагоемкости (ППВ), предынкубировали в течение трех дней. Затем флаконы проветривали и закрывали эластичной пленкой (РагаШт®М) для предотвращения испарения влаги при дальнейшей инкубации. Образцы инкубировали в течение 40 сут. при температуре 20°, с интервалом в 7 сут. измеряя скорость эмиссии СО2. Для этого флаконы герметично закупоривали резиновыми пробками с металлическими зажимами и через 24 ч отбирали 1 мл газовой фазы для анализа. Концентрацию СО2 определяли на газовом хроматографе «Кристалл-5000.2» (Россия), имеющем следующие параметры и режим работы: наса-дочная колонка длиной 2 м, заполненная сорбентом СаА с диаметром частиц 0,2—0,4 мкм, температура термостата — 60°, газ-носитель — гелий, скорость его потока — 20 мл/мин., тип детектора — ДТП. Повтор-ность 4-кратная. Расчеты концентраций СО2 проводили с использованием программного пакета «Хро-матек навигатор» (Россия).
Результаты и их обсуждение
Исследования характера подстилок показали, что за истекший период произошла их существенная дифференциация на подгоризонты. Приведенные выше морфогенетические описания свидетельствуют, что в пределах почвенных лизиметров формируются подстилки от деструктивного до ферментативного типа. Первые характерны для еловых насаждений и травяных экосистем, вторые — для смешанных и широколиственных насаждений. В последних наблюдается максимальное гумусообразование. Правда, общая мощность этого процесса близка к таковой смешанных насаждений, но тем не менее под широколиственными насаждениями гумусово-аккумулятивный горизонт не только намного темнее, но и лучше оструктурен.
Подстилки по своему строению вполне соответствуют зрелым фитоценозам, что нельзя сказать о всей минеральной толще, которая гораздо медленнее реагирует на процессы почвообразования в силу незначительного времени его протекания [27]. В зоне активного влияния процессов гумусообразования преимущественно находится самая верхняя часть почвы, которая и была выбрана для детального исследования. Таким образом, для оценки различий в агрегатном составе почв под разными фитоценозами в рассматриваемом случае достаточно было ограничиться глубиной в 15 см.
Анализ распределения фракций показал, что за 43 года под разными растительными сообществами сформировались почвы, различающиеся по агрегатному составу (табл. 1).
Таблица 1
Распределение агрегатных фракций в почвах под разными растительными сообществами
Глубина, см Содержание агрегатных фракций, %
> 2000 мкм 2000—250 мкм < 250 мкм
Еловые насаждения
0—5 37,5* ± 1,5 47,7 ± 2,21 14,2 ± 1,1
10—15 33,4 ± 3,8 53,9 ± 3,9 11,9 ± 0,1
Смешанные насаждения (дуб, клен)
0—5 32,4 ± 0,6 49,0 ± 7,7 11,9 ± 0,01
10—15 54,3 ± 10,5 33,9 ± 4,7 9,1 ± 3,4
Сельскохозяйственные культуры, залежь
0—5 56,9 ± 11,2 34,6 ± 9,0 7,6 ± 1,2
10—15 79,5 ± 10,1 16,2 ± 9,0 3,6 ± 1,1
*М ± 5, где М — среднее значение, 5 — ошибка среднего (здесь и в табл. 2).
Почвы под травяной растительностью характеризуются максимальным содержанием крупных макроагрегатов. На долю этой фракции приходится более 50% в слое 0—5 см, а с глубиной (10—15 см) она возрастает до 80%. Напротив, содержание микроагрегатов в этих почвах минимально. В верхнем слое на их долю приходится меньше 10%, с глубиной она уменьшается более чем в два раза. Это можно объяснить тем, что 33 года почвы находились под сельскохозяйственными культурами в условиях девятиполь-ного севооборота и только последние десять лет под залежью.
В почвах лесных сообществ в верхнем слое преобладают фракции мелких макроагрегатов, а с глубиной возрастает доля крупных, которые составляют, например под смешанными насаждениями, более 50%. Доля микроагрегатов незначительна и уменьшается с глубиной. В силу того что формирование почв происходит в однотипных климатических условиях и на одной почвообразующей породе, выявленные различия в агрегатном составе почв обусловлены преимущественно биологическим фактором. Так, повышенное содержание макроагрегатов в почве травяного сообщества, по-видимому, является следствием прошлой сельскохозяйственной обработки, которое за последние 10 лет функционирования под залежью не было полностью нивелировано.
Методика фракционирования показала, что в агрегатном составе исследуемых почв преобладают фракции мелких и крупных макроагрегатов. Применяемое чаще всего для выделения агрегатов мокрое просеивание предварительно высушенной или влажной почвы дает сходные результаты [12].
Накопление органического углерода в исследуемых почвах в зависимости от типа растительного сообщества характеризуют данные, представленные в табл. 2. Наименьшее его содержание отмечено в почве, которая более 30 лет формировалась под сельскохозяйственными культурами, а последние 10 лет функционирует в режиме залежи. Это объясняется как меньшим по сравнению с почвами под древесными насаждениями поступлением растительных остатков из-за отчуждения урожая, так и худшими условиями для физической стабилизации органического вещества из-за нарушений естественного формирования и оборота агрегатов в результате механической обработки. Почвы под древесными насаждениями накопили значительно большее количество органического углерода. При этом его концентрация в верхнем минеральном слое почвы под смешанными насаждениями в 1,5 раза выше, чем под еловыми. Характером поступления растительных остатков и механическим перемешиванием на стадии возделывания сельскохозяйственных культур объясняется меньшее снижение содержания органического вещества с глубиной в почве под травяным сообществом по сравнению с почвами под древесными насаждениями. Содержание углерода в слое 0—5 см только в 1,7 раза выше, чем в слое 10—15 см для почвы под травяной растительностью, а под еловыми и смешанными насаждениями этот показатель увеличивается до 10,6 и 13 соответственно.
Количество углерода в каждой из фракций показывает, что во всех сравниваемых почвах наименьшая доля органического вещества приходится на микроагрегаты. От типа растительного сообщества зависит
Таблица 2
Содержание органического углерода и соотношение C:N в агрегатных фракциях (мкм) почв
Глубина, см С, г/кг в нерассеянной почве С, г/кг почвы С^
> 2000 2000—250 < 250 > 2000 2000—250 < 250
Еловые насаждения
0—5 53,1 ± 10,1 15,4 ± 5,1 29,2 ± 5,0 10,0 ± 0,5 28,6 ± 4,4 28,2 ± 1,12 27,9 ± 1,98
10—15 5,6 ± 0,1 4,6 ± 0,3 1,1 ± 0,3 0,3 ± 0,1 9,8 ± 0,01 11,2 ± 0,1 10,9 ± 2,7
Смешанные насаждения (дуб, клен)
0—5 82,1 ± 12,2 18,4 ± 4,5 52,0 ± 6,9 10,5 ± 0,2 21,0 ± 1,0 24,2 ± 0,5 22,4 ± 1,04
10—15 6,3 ± 0,6 3,01 ± 0,9 2,6 ± 0,3 0,8 ± 0,04 14,8 ± 0,3 16,1 ± 0,8 13,5 ± 2,73
Сельскохозяйственные культуры, залежь
0—5 9,6 ± 0,4 5,4 ± 0,7 3,7 ± 0,1 0,8 ± 0,04 10,6 ± 0,03 11,9 ± 0,5 12,8 ± 0,8
10—15 5,6 ± 0,1 4,6 ± 0,3 1,1 ± 0,3 0,3 ± 0,1 9,8 ± 0,01 11,2 ± 0,1 10,9 ± 2,7
его количество, стабилизированное в этой фракции. Меньше всего углерода содержится во фракции микроагрегатов почвы, сформированной под залежью, в почвах еловых и смешанных насаждений этого элемента в 10 раз больше.
В верхнем слое почв под древесными насаждениями наибольшее количество органического вещества закреплено во фракции мелких, а под залежью — мелких и крупных макроагрегатов. Для почв еловых насаждений такая же закономерность прослеживается на глубине 10—15 см. В почве под смешанными насаждениями на этой глубине больше углерода закреплено во фракции крупных макроагрегатов, что согласуется с литературными данными. Так, в работе E.T. Elliott [16] было показано, что наибольшее количество органического вещества накапливают макроагрегаты, и именно эта фракция формирует пул лабильного углерода. Исследования V. Guptaи J.J. Germida [18] показали, что в агрегатах > 250 мкм содержится больше органического вещества, азота и фосфора, чем в микроагрегатах. По S. An с соавт. [11], в верхнем слое (0—20 см) почв полновозрастных лесных фитоцено-зов микроагрегаты содержали только 5—10 г С/кг почвы, а мелкие и крупные макроагрегаты соответственно 25—40 и 40—150 г С/кг почвы. В нашем случае, напротив, содержание углерода во фракции мелких макроагрегатов выше, чем в крупных. Вероятно, это расхождение может быть обусловлено различиями в возрасте почв.
Высокие отношения C:N (> 20 — табл. 2) во всех агрегатных фракциях верхнего слоя почв под древесными насаждениями свидетельствует о том, что они содержат большое количество слаборазложившихся растительных остатков. На это же указывает резкое снижение отношения углерода к азоту с глубиной. Максимальные значения C:N отмечены в почве под еловыми насаждениями, что согласуется с хорошо известными данными о повышенном содержании трудноразлагаемых компонентов (лигнин, дубильные вещества) в опаде хвойных пород. Более низкие значения C:N в почве травяного сообщества и незначительное снижение этого показателя с глубиной обусловлены благоприятным для разложения биохимическим составом трав и особенностями поступления опада.
Минерализацию органического вещества почв, закрепленного в агрегатных фракциях разного размера, исследовали в ходе инкубационного эксперимента. Показано, что слаборазвитые почвы, формирующиеся под соответствующими растительными сообществами, значительно различаются по скорости минерализа-
Рис. 1. Потери С—СО2 в период инкубационного эксперимента из ненарушенных образцов почв
ции органического вещества. Динамику потерь С—СО2 за период инкубации из ненарушенных почвенных образцов характеризуют графики, представленные на рис. 1. Абсолютные потери хорошо согласуются с данными о содержании органического углерода в сравниваемых почвах (табл. 2). По увеличению потерь они выстраиваются в тот же ряд, что и по содержанию органического углерода: под дубом и кленом > под елью > под агроценозом.
Результаты изучения минерализации органического вещества, локализованного в агрегатных фракциях верхнего слоя почвы, показали, что за 40 сут. минерализовалось 3—10%. Этот процесс характеризуют графики, представленные на рис. 2. Наибольшие потери С—СО2 за период инкубации были во фракции микроагрегатов, выделенной из почв залежи и смешанного леса. На первый взгляд, наши данные не согласуются с литературными о том, что органическое вещество макроагрегатов более лабильно, чем микроагрегатов [16]. Это противоречие объясняется тем, что инкубированные нами фракции были выделены методом только сухого просеивания, а в этом случае во фракцию микроагрегатов попадают еще и микрочастицы свободного органического вещества. С этим же связаны наибольшие по сравнению с дру-
< 250 мкм [8883 250 мкм - 2 мм Рис. 2. Потери С—СО2 в период инкубационного эксперимента из агрегатных фракций
гими фракциями различия в скорости минерализации органического вещества в зависимости от того, из почвы какого растительного сообщества была выделена фракция. Во всех случаях максимальные потери С—СО2 отмечены из агрегатных фракций слаборазвитой почвы под травяной растительностью. По-видимому, это объясняется более благоприятным для разложения биохимическим составом травяных растительных остатков.
Среди агрегатных фракций, выделенных из почвы, развитой под сообществом ели, наименее устойчивыми к разложению являются мелкие макроагрегаты, а наиболее устойчивыми — микроагрегаты. Данный результат может быть связан с тем, что свободное органическое вещество здесь более биохимически устойчиво вследствие наличия в составе опада большого количества производных лигнина.
В слое 10—15 см для лесных участков устойчивость агрегатных фракций имеет те же закономерности, но интенсивность минерализации фракций больше, чем в слое 0—5 см. Так, минерализация микроагрегатов на участках под лесными фитоценозами больше в данном горизонте в 1,3—1,7, мелких макроагрегатов — выше в 1,4—1,7 раза. Под залежным участком интенсивность минерализации выше только для микроагрегатов, тогда как для макроагрегатов она ниже, чем в слое 0—5 см.
Выводы
Исследование процесса агрегатообразования в почвах, формирующихся в течение 43 лет на покров-
ном суглинке под разными фитоценозами, показывает, что в верхних минеральных горизонтах преобладают макроагрегаты. Максимальное количество органического вещества аккумулировано во фракции 250—2000 мкм на участках лесных фитоценозов и во фракции > 2000 мкм на залежи. Установлено, что дезагрегирование почвы, которое можно объяснить процессом рыхления, приводит к быстрой минерализации до 10% аккумулированного в почве углерода, и наибольшее количество минерализованного элемента характерно для лесных участков. Удельная минерализация углерода, аккумулированного во фракциях, показала высокие значения для микроагрегатов почв залежи и смешанного леса и малых макроагрегатов для почв под насаждениями ели. Также установлено, что углерод, стабилизированный в слое 10—15 см, более подвержен минерализации, чем тот, что закреплен в почвенных агрегатах гумусового горизонта. Это вполне можно объяснить тем, что в верхних горизонтах, в наибольшей степени подверженных процессам минерализации, формируются и остаются фракции, наиболее устойчивые к процессам деструкции, конечно, наряду с фракциями, обогащенными легкогидролизуемыми соединениями.
Таким образом, установлено, что фитоценоз, под которым происходит почвообразование, оказывает влияние на процесс физической стабилизации органического вещества почв. Это проявляется в распределении агрегатных фракций, количестве секвестрированного углерода в них и устойчивости органического вещества фракций к разложению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая система почвы. М., 2010.
2. Базилевич Н.И. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. М., 1986.
3. БогатырёвЛ.Г., Алябина И.О. Оценка поведения углерода в наземных экосистемах (генетические и картографические аспекты) // Георесурсы, геоэнергетика, геополитика. Вып. 1(3). М., 2011. URL: http://oilgasjournal.ru/ vol_3/bogatyrev.html
4. Богатырёв Л.Г., Смагин А.В., Акишина М.М., Витя-зев В.Г. Географические аспекты функционирования лесных подстилок // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2013. № 1.
5. Ванюшина А.Я., Травникова Л.С. Органо-минераль-ные взаимодействия в почвах// Почвоведение. 2003. № 4.
6. Винник М.А., Болышев Н.Н. Первые итоги наблюдений в открытом лизиметре // Там же. 1972. № 4.
7. Владыченский А.С., Рыжова И.М., Телеснина В.М., Галиахметов Р.Т. Пространственно-временная динамика содержания органического углерода в дерново-подзолистых почвах постагрогенных биогеоценозов // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2009. № 2.
8. Владыченский А.С., Ульянова Т.Ю., Золотарёв Г.В. Некоторые показатели биологического круговорота в мо-
дельных растительных сообществах почвенных лизиметров // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2000. № 3.
9. Рыжова И.М. Проблемы и перспективы моделирования динамики органического вещества почв // Агрохимия. 2011. № 12.
10. Титлянова А.А. Биологический круговорот углерода в травяных биогеоценозах. Новосибирск, 1977.
11. An S., Mentle A., Mayer H, Blum W. Soil aggregation, aggregate stability, organic carbon and nitrogen in different soil aggregate fractions under forest and shrub vegetation on the Loess Plateau, China Shaoshan //Catena. 2010. Vol. 81.
12. Ashman M.R., Hallett P.D., Brookes P.C. Are the links between soil aggregate size class, soil organic matter and respiration rate artefacts of the fractionation procedure? // Soil Biol. Biochem. 2003. Vol. 35.
13. Beare M.H. Aggregate-protected and unprotected organic matter pools in conventional- and no-tillage soils // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1994. Vol. 58, N 3.
14. Blanco-Canqui H, Lal R. Mechanisms of carbon sequestration in soil aggregates // Critical Reviews in Plant Sciences. 2004. Vol. 23.
15. Davis M.R, WildeR.N., Garrett L, Oliver G. NewZea-land carbon monitoring system soil data collection manual. Wellington, 2004.
16. Elliott E.T. Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1986. Vol. 50, N 3.
17. Elliott E.T., Anderson R.V., Coleman D.C., Cole C.V. Habitable pore space and microbial trophic interactions // Oikos. 1980. Vol. 35.
18. Gupta V., Germida J.J. Distribution of microbial biomass and its activity in different soil aggregate size classes as affected by cultivation // Soil Biol. Biochem. 1988. Vol. 20, N 6.
19. Helgason B.L., Walley F.L., Germida J.J. No-till soil management increases microbial biomass and alters community profiles in soil aggregates // Appl. Soil Ecol. 2010. Vol. 46.
20. NiederR, Benbi D.K. Carbon and nitrogen in the terrestrial environment. Springer, 2008.
21. Puhe J. Growth and development of the root system of Norway spruce (Picea abies) in forest stands // Forest Ecol. Manag. 2003. Vol. 175. Iss. 1—3.
22. Rasmussen J., Gjettermann B, Eriksenb J. et al. Fate of (15)N and (14)C from labelled plant material: Recovery
in perennial ryegrass-clover mixtures and in pore water of the sward // Soil Biol. Biochem. 2008. Vol. 40, N 12.
23. Saizjimenez C, Deleeuw J.W. Lignin pyrol ysis products — their structures and their significance as biomarkers // Organic Geochem. 1986. Vol. 10, N 4—6.
24. Six J., BossuytH, Degryze S, DenefK. A history of research on the link between (micro)aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics // Soil and Tillage Res. 2004. Vol. 79, N 1. doi:10.1016/j.still.2004.03.008
25. Six J., Elliott E.T., Paustain K. Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: a mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture // Soil Biol. Biochem. 2000. Vol. 32, N 14.
26. Smith W.H. Character and significance of forest tree root exudates // Ecology. 1976. Vol. 57, N 2.
27. Vesterdal L, Ritter E, Gundersen P. Change in soil organic carbon following afforestation of former arable land // For. Ecol. Manage. 2002. Vol. 169.
Поступила в редакцию 02.08.2013
ESTIMATION OF LEVEL STABILIZATION OF ORGANIC MATTER
IN SOIL LYSIMETERS
M.V. Biryukov, I.M. Ryzhova, A.A. Gunina, L.G. Bogatyrev, E.A. Pogozheva
In the stationary soil lysimeters demonstrated that the stabilization of organic matter due to the type of phytocenosis. Different type of litter reflects the transformation of organic matter. Found that in the upper layers of soil under fallow detected maximum concentration of large aggregates at the lowest concentrations of carbon compared with soils of other communities. The maximum possible loss of carbon, estimated by the intensity of breathing, found the soils under mixed plantings, while the minimum — for agricultural lands.
Key words: organic matter, soil aggregates, soil lysimeters, ecosystems.
Сведения об авторах
Бирюков Михаил Владимирович, канд. биол. наук, науч. сотр. каф. микробиологии биологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова. Е-mail: metrim@gmail.com. Рыжова Ирина Михайловна, докт. биол. наук, профессор каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495)939-35-78. Гунина Анна Александровна, аспирант каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Богатырёв Лев Георгиевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-39-80; e-mail: bogatyrev@ps.msu.ru. Погожева Елена Александровна, инженер каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-39-80; e-mail: pogozhevaea@mail.ru.
