CC BY
33
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.417.2
СОСТАВ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПУЛОВ ЛЕГКОРАЗЛАГАЕМОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА АВТОМОРФНЫХ ЗОНАЛЬНОГО РЯДА ПОЧВ ЦЕНТРА РУССКОЙ РАВНИНЫ
З.С. Артемьева, Г.Н. Федотов
Метод гранулоденсиметрического фракционирования был применен в целях выявления особенностей состава разных функциональных пулов легкоразлагаемого органического вещества (ОВ) автоморфных почв зонального ряда центра Русской равнины. Легкоразлагаемое ОВ включает свободное органическое вещество (СВ), представляющее собой легкую фракцию (ЛФ) плотностью <1,8 г/см3 и размером > 53 мкм, и агрегированное дискретное органическое вещество (АГР) — ЛФ плотностью < 2,0 г/см3, состоящее из ОВ ЛФ плотностью <1,8 г/см3, размером < 53 мкм и фитолитовой ЛФ плотностью 1,8—2,0 г/см3. Состав выделяемых фракций исследовали методами электронной микроскопии, микро- и химического анализов.
Ключевые слова: легкоразлагаемое органическое вещество почвы, гранулоденсиметриче-ское фракционирование, электронная микроскопия.
Введение
Согласно современным представлениям, органическое вещество почв — сложный гетерогенный континуум материалов и соединений, различающихся по стабильности, скорости оборачиваемости и продолжительности существования [9]. Практически вся информация об органическом веществе почв, а также теории его происхождения основаны на изучении извлеченного ОВ методами химической экстракции из образцов почвы в целом. При этом в состав экстракта попадает ОВ как специфической, так и неспецифической природы, что существенно затрудняет детальную оценку их роли и функций в процессах почвообразования, гумусообразования, функционирования почвы, ее структурного состояния и т.д. Возможно, именно поэтому общепринятые методы изучения ОВ почвы до сих пор не в состоянии дать точного ответа на вопросы: что же такое гумус, гумусовые кислоты, как они образуются и в чем заключается их роль при почвообразовании?
Исследования ОВ с помощью физических методов способны значительно расширить наши представления по этой проблеме. Так, метод гранулоденси-метрического фракционирования позволяет выделять достаточно гомогенные по морфологическим признакам, химическому составу и устойчивости к минерализации функционально значимые компоненты ОВ почвы разных периодов круговорота в малоизменен-ном состоянии, детализировать их функции в процессах почвообразования, а также факторы, регулирующие их формирование и изменение под влиянием внешних условий.
Цель работы — выявление особенностей морфологии и качественного состава разных функцио-
нальных пулов легкоразлагаемого органического вещества автоморфных почв зонального ряда, выщелен-ных гранулоденсиметрическим методом.
Объекты и методы исследования
В южно-таежной подзоне дерново-подзолистых почв изучали верхние горизонты (А1) лесных почв Московской обл., которые охватывают основные варианты гранулометрического и литологического разнообразия: дерново-сильноподзолистой легкосуглинистой на маломощном легком суглинке, подстилаемом флювиогляциальными песками (Звенигородская биостанция МГУ им. М.В. Ломоносова), дерново-сильноподзолистой легкосуглинистой на тяжелом покровном суглинке (УОПЭЦ ф-та почвоведения МГУ «Чашниково»), слабодерново-среднеподзоли-стой среднесуглинистой на моренном суглинке (стационар «Малинки» Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова), дерново-подзолистой среднесуглинистой на двучленных покровных суглинках с подстиланием флювиогляциальных отложений (Зеленоградский стационар Почвенного института им. В.В. Докучаева).
В зоне серых лесных почв была исследована серая лесная со вторым гумусовым горизонтом тяжелосуглинистая на мощном лёссовидном суглинке (ОП Почвенного института им. В.В. Докучаева «Иваньково»). В зоне черноземов — верхние горизонты (А1) целинных почв: неполноразвитого, типичного и выщелоченного (заповедник «Приволжская лесостепь»).
Для изучения органического вещества почв использовали модифицированный вариант гранулоден-симетрического метода [1, 11], разработанного ранее [13]. Легкие фракции плотностью 2,0 и 1,8 г/см3
выделяли по упрощенной схеме с помощью бро-моформ-этанольной смеси (БЭС) после удаления ила 15-минутным воздействием ультразвука на почвенную суспензию (выходная мощность генератора 180—200 Вт, частота излучения 22 кГц). Фракция плотностью <1,8 г/см3 с помощью сита с диаметром 53 мкм была разделена на две подгруппы: свободную (не входящую в состав микроагрегатов), размером > 53 мкм, и агрегированную, размером < 53 мкм. Ранее было показано, что выделение свободного ОВ после удаления илистой фракции (упрощенный вариант) принципиально не влияет на его количество и качество по сравнению с выделением по полной схеме (до удаления илистой фракции) [1, 11].
Углерод определяли методом мокрого сжигания, по Тюрину в модификации, принятой в лаборатории биохимии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева; азот — микрометодом по Кьельдалю в модификации Шаймухаметова [12].
Электронно-микроскопические исследования проводили на растровом электронном микроскопе 1Е0Б-6060А (фирма 1Е0Б, Япония) с вольфрамовым катодом. Микроанализ выполняли на энергодисперсионном рентгеновском анализаторе ЕХ-2300 Ви (фирма 1Е0Б, Япония). На образцы перед исследованием напыляли платину, используя установку 1БС-1600 (фирма 1Е0Б, Япония).
Результаты и их обсуждение
Свободное ОВ (ЛФсв). Морфология. Морфология основных компонентов свободного и агрегированного ОВ почв зонального ряда представлена на микрофотографиях (рис. 1,2). ЛФсв отличается гетерогенностью качественного состава, несмотря на визуальную гомогенность. При визуальном осмотре она представляет собой смесь хорошо различимых фрагментов растительного материала, преимущественно неразложившихся корней и растений, что подтверждается данными микроанализа: они имеют разную степень минерализации, содержат 75—90 мол. % углерода. Следует учитывать, что используемый энергодисперсионный детектор для легких элементов дает только качественные представления об их содержании, и как следствие мы не можем уверенно отличить растительные остатки от углей и углистых веществ, о присутствии которых в составе специфического свободного ОВ (ЛФ плотностью <1,6 г/см3) сообщают многие исследователи [17—21]. Наличие углей и углистых веществ представляется весьма логичным, если иметь в виду, что история непрерывного земледельческого использования насчитывает для дерново-подзолистых почв Русской равнины, по данным разных авторов, от 100—250 до 500—1000 лет [3, 5, 6], а для серых лесных почв — 250—500 лет [6], т.е. они прошли стадию подсечного земледелия.
Исследование фракции под электронным микроскопом выявило, что наряду с хорошо различи-
мыми фрагментами растительного материла разной степени разложения были выявлены сложные отдельности разной формы (округлая, прямоугольная, неправильная), которые, учитывая это, можно идентифицировать как тонкодисперсные частицы первичных минералов (полевой шпат, кварц), покрытые темно-окрашенными пленками ОВ (рис. 1, б). В целинном черноземе таких образований существенно больше (до 2/3 от общего числа частиц), чем в дерново-подзолистой почве (рис. 1, а), которая в подавляющем большинстве представлена остатками растительного материала.
Судя по очертаниям, микроагрегаты инкрустированы чешуйками глинистых минералов, «лежащих» в виде черепицы и пропитанных ОВ. По-видимому, образования такого рода попадают в легкие фракции благодаря внутренним пустотам, а также гидрофобной природе органических пленок на поверхности.
Таким образом, исследование с помощью электронной микроскопии с высокой разрешающей способностью наглядно показало, что в составе свобод-
Рис. 1. Изображение фракции свободного ОВ (ЛФсв) (плотность < 1,8 г/см3, размер > 53 мкм), выделенной из дерново-подзолистой почвы (а) и целинного чернозема (б)
ного ОВ растительные остатки находятся на разных стадиях минерализации-гумификации. В составе фракции были обнаружены микроагрегаты частиц первичных минералов, инкрустированных чешуйками глинистых минералов и пропитанных пленкой из органического вещества, а также угли и углистые вещества.
Распределение углерода и азота. Анализ экспериментальных данных показал, что величина концентрации углерода в органо-минеральных фракциях убывает в ряду: ЛФ плотностью <1,8 г/см3, размером > 53 мкм (ЛФсв) > ЛФ плотностью < 1,8 г/см3 размером <53 мкм (ЛФагр-1) > ЛФ плотностью 1,8-2,0 г/см3 (ЛФАГР-2) (32,4-42,9, 25,5-42,5 и 9,7—18,2% на массу фракции соответственно) (таблица). Максимальные величины концентрации азота также отмечены для легких фракций с плотностью <1,8 г/см3 — 1,31—2,44% на массу фракции; во фракциях плотностью 1,8—2,0 г/см3 она существенно меньше — 0,7—1,03% на массу фракции (таблица).
Величина концентрации углерода ЛФсв в зональном ряду исследованных естественных почв демонстрирует тенденцию к уменьшению при продвижении с севера на юг и составляет в дерново-подзолистых почвах — 38—42,9, в серой лесной — 39,7 и в черноземах — 32,4—36% на массу фракции. По-видимому, это связано с различиями в качественном составе растительных остатков, составляющих подавляющую массу органического вещества данной фракции, что отражается на скорости их разложения.
Скорость минерализации ОВ, особенно свободного, не защищенного физически от микробиологических атак, зависит от его исходного качества. Растения имеют один и тот же набор основных органических соединений, но отличаются по соотношению белков, липидов, крахмала, целлюлозы, гемицеллю-лозы, полифенолов, содержание которых варьирует в зависимости от вида, возраста, физиологической специализации органов, условий питания, факторов окружающей среды. Растительные ткани, состоящие из мелких клеток с толстыми стенками и небольшим объемом цитоплазмы, обладают высокой сте-
пенью защиты от минерализации [10]. Разложение растительных остатков начинается с внутренних, более нежных, тканей, паренхимы корня, флоэмы и др. Поверхностные одревесневшие ткани разрушаются более медленно [4].
В почвах лесных ценозов по сравнению с черноземами, где преобладают травянистые культуры, в составе растительных остатков больше древесных пород, что отражается на скорости и степени их минерализации: в черноземах они выше. Наличие в составе древесных остатков трудноразлагаемых компонентов, в частности лигнина (до 25—30 против 15—20% в травянистых культурах), в совокупности с менее благоприятными климатическими условиями (высокая влажность в сочетании с низкими температурами) для микробиологической деятельности в лесных почвах обусловливают их меньшую степень разложенности. Увеличение скорости разложения свежего неспецифического ОВ по мере увеличения среднегодовой температуры отмечали и американские ученые [14, 15].
Исследования австралийскими учеными аналогичной фракции с плотностью <1,6 г/см3 (специфическое свободное ОВ) с помощью 13С-ЯМР-спектроскопии и пиролитической масс-спектромет-рии выявили присутствие относительно лабильных компонентов в ее составе: преобладающими группами были углеводная (О-алкильная) — 55—63%, затем следовали углеводородная — 18—25, ароматическая — 14—18 и карбонильная — 5—7%. В совокупности с тем фактом, что ОВ фракции практически не защищено глинистыми минералами или другим механизмом, объясняет высокую скорость разложения в почвах, которая контролируется только его химическим составом [17—21].
Можно сказать, что при продвижении с севера на юг увеличивается относительная доля свежего растительного материала в общей массе детрита; это отражается на средней величине концентрации углерода в сторону уменьшения, т.е. ОВ, не включенное в состав микроагрегатов в черноземах, обновляется более высокими темпами по сравнению с почва-
Содержание и соотношение углерода и азота в составе фракций легкоразлагаемого ОВ гор. А1 исследованных почв
Местоположение, объект Глубина, см С ^общ ЛФсв ЛФагр-1 ЛФагр-2
С N С^ С N С^ С N С^
ЗПС-1 2—10 3,17 38,59 — — 27,01 — — 13,06 — —
ЗПС-2 3—20 2,29 38,0 — — 34,16 — — 12,75 — —
ЗБС 4—12 2,18 42,9 — — 36,1 2,27 15,9 13,48 0,89 15,1
«Чашниково» 4—10 2,41 41,54 — — 28,82 1,74 16,6 16,54 0,85 19,4
«Малинки» 4—10 3,54 42,44 1,47 28,9 29,88 1,98 15,1 13,85 0,9 15,4
ОПХ «Богословское» 0—16 2,79 39,75 2,3 17,3 25,5 1,84 13,8 9,7 0,7 13,8
«Кунчерово» 6—21 4,51 33,33 2,44 13,7 29,8 2,18 13,7 11,8 — —
«Попереченское» 0—33 7,37 32,42 1,31 24,8 33,87 2,0 16,9 13,03 1,03 12,6
«Островцы» 8—20 6,28 36,0 2,23 16,1 42,5 2,21 19,2 18,2 — —
Примечание. Прочерк —
не определяли.
ми лесных ценозов. Кроме того, следует учитывать и большую степень аккумуляции углистых веществ в данной фракции этих почв по сравнению с черноземами, что также может повышать среднюю величину концентрации углерода во фракции в целом.
Содержание азота в составе свободного ОВ (ЛФсв) в зональном ряду почв колеблется в широких пределах — от 1,3 до 2,4% на массу фракции (таблица).
Наряду с соотношением в растительных остатках легко- и трудноминерализуемых структурных компонентов скорость разложения определяется исходным количеством находящегося в них азота, а также величиной отношения С/К [16, 22—26]. Растительные остатки можно разделить на две группы: бедные азотом, с содержанием около 1%, и богатые, в которых этот элемент составляет 2% и более. В первом случае разложение растительных остатков идет медленнее. Микроорганизмы используют весь азот на построение своих тел и даже поглощают из почвы таковой минеральных соединений. Во втором случае растительные остатки разлагаются быстрее, выделяя в почву большое количество минерального азота. В зональном ряду почв при продвижении с севера на юг средние величины концентрации элемента увеличиваются с 1,47 до 2,0—2,3% на массу фракции, что обусловливает большую привлекательность и доступность к разложению и более высокие скорости минерализации свободного ОВ в черноземах по сравнению с дерново-подзолистыми почвами.
Величина отношения С/К свободного ОВ в зональном ряду колеблется в весьма широких пределах (от 13,7 до 28,9) и демонстрирует тенденцию к уменьшению при продвижении с севера на юг, что также свидетельствует о более интенсивной минерализации свободного ОВ в черноземах по сравнению с дерново-подзолистыми почвами, обусловленной их высокой биологической активностью и благоприятными климатическими условиями (таблица).
Агрегированное ОВ (ЛФАагр). ЛФ плотностью <1,8 г/см3, размером < 53 мкм (ЛФл/р.]). Морфология. Внешний вид этой фракции резко отличается от ЛФсв: визуально она представляет собой достаточно гомогенную однородную порошкообразную массу черного цвета.
Электронно-микроскопический анализ показал большую степень разложения органического материала по сравнению со свободной составляющей. Отмечается значительная степень деградации фрагментов, размер которых существенно меньше, тем не менее растительные остатки хорошо различимы. Они инкрустированы минеральными частицами и агрегированными структурами (рис. 2).
Микроскопический анализ выявил наличие во фракции (ЛФагр-1) дерново-подзолистой почвы фи-толитов (рис. 2, а). Из литературы известно, что для накопления кремнезема в форме фитолитов в значительных количествах благоприятна кислая среда,
которая также способствует формированию устойчивых к выветриванию форм биофитолитов [2].
Микроанализ компонентов фракции выявил участки с высоким содержанием кремния и алюминия, что скорее всего обусловлено присутствием в ней
Рис. 2. Изображение фракции агрегированного ОВ (ЛФагр-О (плотность <1,8 г/см3, размер < 53 мкм), выделенной из дерново-подзолистой (а), серой лесной (б) почв и целинного чернозема (в)
минеральной составляющей и отражает факт микро-агрегированности данной фракции. Это отмечалось и австралийскими учеными, исследовавшими аналогичную фракцию с плотностью <1,6 г/см3 (специфическое окклюдированное ОВ) [18, 21].
Распределение углерода и азота. Выявлена обратная по сравнению со свободным ОВ тенденция к увеличению средней величины концентрации углерода данной фракции при продвижении с севера на юг: с 25,5—36,1 для дерново-подзолистых и серых лесных почв до 29,8—42,5% на массу фракции для черноземов, что, по-видимому, обусловлено более высокой степенью гумификации органического вещества.
Интересно отметить, что более низкие величины концентрации Сорг фракции по сравнению с таковыми свободного ОВ, полученные нами, не согласуются с данными австралийских ученых, которые показали, что окклюдированная ЛФ всегда обуглерожена в большей степени по сравнению со свободной ЛФ. По-видимому, это связано с меньшей плотностью фракции (<1,6 г/см3), в которой относительно больше свежих растительных остатков, что снижает среднюю величину концентрации углерода. С помощью 13С-ЯМР было показано, что с увеличением плотности легких фракций в составе окклюдированного ОВ возрастает количество ароматических и карбонильных групп и снижается содержание углеводородных фрагментов [21], что, по мнению авторов, связано с повышением степени гумификации растительного материала.
Содержание азота в составе агрегированного ОВ (ЛФагр-1) в зональном ряду почв по сравнению со свободным (ЛФсв) колеблется в значительно более узких пределах: 1,74—2,27% на массу фракции, что также может косвенно свидетельствовать о более гомогенном качественном составе данной подфракции ЛФ (таблица). При продвижении с севера на юг средние величины концентрации элемента во фракции несколько увеличиваются с 1,8—2,0 в почвах лесных ценозов до 2,1% в черноземах, что говорит о большей интенсивности процессов минерализации—гумификации в последних по сравнению с дерново-подзолистыми почвами.
Величина отношения С/Ы агрегированного ОВ (ЛФагр-1) в зональном ряду почв по сравнению со свободным ОВ также колеблется в значительно менее широких пределах — 13,7—19,2 (в среднем — 13,8—16,6) (таблица). Отмечается слабая тенденция к уменьшению средних величин этого показателя при продвижении с севера на юг, что можно расценивать как подтверждение большей биологической привлекательности ОВ и большей интенсивности процессов минерализации—гумификации в почвах степных ценозов по сравнению с лесными.
Таким образом, органическое вещество данной фракции содержит селективно сохраненный и микробиологически трансформированный растительный
материал. Оно представлено в основном собственно гумусовыми веществами, частично продуктами неполной гумификации органических остатков и фи-толитами.
ЛФ плотностью 1,8—2,0 г/см3 (ЛФл_гр_2). Морфология. Фракция существенно отличается от таковых меньшей плотности; масса ее представляет собой гомогенный, как по окраске, так и по составляющим ее компонентам, тонкодисперсный порошок бурого цвета с большим количеством минерального компонента. Согласно А. Оо1сЫп [19, 20], органическое вещество этой фракции по химическому составу сходно с окклюдированным ОВ фракции плотностью <1,6 г/см3. Австралийским ученым не удалось идентифицировать отдельные растительные фрагменты в ее составе, что, по их мнению, объясняется локализацией их в составе микроагрегатов, устойчивых к разрушающему воздействию ультразвука. В связи с этим авторы назвали эту фракцию «агрегированной». Косвенно это подтверждается большим количеством минерального компонента в легкой фракции плотностью 1,8—2,0 г/см3.
Рис. 3. Изображение фракции агрегированного ОВ (ЛФагр-2) (плотность 1,8—2,0 г/см3), выделенной из лесной дерново-подзолистой почвы (а) и целинного чернозема (б)
Помимо этого во фракции может быть локализовано органическое вещество, включенное в состав биофитолитов. Известно, что удельная масса биофи-толитов широко варьирует: от 1,7 до 2,45 г/см3 [7, 8]. Не исключено, что фракция плотностью 1,8—2,0 г/см3 включает такого рода ОВ, поскольку именно она часто обогащена подобными образованиями [19,20]. Так, в дерново-подзолистой почве и черноземе с помощью электронного микроскопа удалось обнаружить единичные фитолиты, однако фракция представлена преимущественно минеральным компонентом (рис. 3). Но нельзя исключать, что в силу сложности идентификации фитолитов без обязательной процедуры удаления из них ОВ нам не удалось обнаружить эти образования в полном объеме.
Можно предположить, что качественный состав фитолитов ЛФдрр_2 отличается от такового ЛФдрр_ [. Большая плотность свидетельствует о более гидрофильной природе ОВ, аккумулированного в фито-литах ЛФ , что в свою очередь может говорить о меньшей степени ароматичности и соответственно меньшей степени трансформации органического вещества, т.е. фитолиты рассматриваемой фракции более свежие.
Аналогично ЛФдрр.ь фракция ЛФдрр_2 микро-агрегирована, о чем говорят данные микроанализа: в ее составе обнаружены 81, А1, Бе, К и М^ в достаточно большом количестве (21—37, 3—11, 4—8, 1,5—3,7 и 0,6—1,3% соответственно). Как отмечалось выше, обнаруженные во фракции биофитоли-ты обильно инкрустированы минеральным компонентом (рис. 3).
Распределение углерода и азота. Концентрация углерода в поверхностных горизонтах ЛФдрр_2 в зональном ряду почв колеблется от 9,7 до 18,2% на массу фракции, при этом средние значения для дерново-подзолистых почв и черноземов составляют практически одинаковую величину — около 14% на массу фракции (таблица).
Концентрация азота колеблется в узких пределах — 0,7—1,0% на массу фракции (таблица). При продвижении с севера на юг средние ее величины, аналогично ЛФ , увеличиваются с 0,7—0,9 в почвах лесных ценозов до 1,03% на массу фракции в черноземах.
Величина отношения С/К изменяется в широких пределах — от 13,8 до 19,4 и уменьшается при продвижении с севера на юг (таблица). Средние его величины в почвах лесных ценозов соизмеримы или аналогичны таковым для ЛФдрр^: 16,6 и 15,9 (дерново-подзолистые почвы), 13,8 (серые лесные почвы).
Таким образом, несмотря на различия в качественном составе ЛФдрр^ и ЛФдрр_2, в силу сходства их размера (< 53 мкм) и физического состояния (микроагрегированность) объединение их в единый пул агрегированного органического вещества (ЛФдрр) представляется в достаточной степени обоснованным.
Среднестатистические величины содержания С и С для представительной выборки дерново-подзолистых, серых лесных почв и черноземов, включая и пахотные почвы, составляют 43 и 31% на массу фракции соответственно. Это сопровождается и достоверно различной величиной отношения С/К — для ЛФсв оно равно 18, для ЛФдрр^ — 14, для ЛФдгр-2 — около 10 [1].
В целом можно констатировать большую степень гумификации агрегированного органического вещества по сравнению со свободным, что отражается в величине отношения С/К.
Заключение
Свободное органическое вещество (ЛФ плотностью <1,8 г/см, размером >53 мкм), представленное в основном легкоразлагаемыми, хорошо различимыми визуально фрагментами растительного материала, локализуется в межагрегатном поровом пространстве почвы. Величина концентрации его углерода в зональном ряду исследованных естественных почв демонстрирует явную тенденцию к уменьшению при продвижении с севера на юг и составляет в дерново-подзолистых почвах — 38—42,9; в серой лесной — 39,7 и в черноземах — 32,4—36% на массу фракции, что, по-видимому, связано с различиями в исходном качественном составе растительных остатков, составляющих подавляющую массу ОВ данной фракции. Наличие в составе растительных остатков лесных ценозов трудноразлагаемых компонентов в совокупности с менее благоприятными климатическими условиями (высокая влажность в сочетании с низкими температурами) для микробиологической деятельности в лесных почвах по сравнению с черноземами обусловливает их меньшую степень разло-женности. Наличие в составе свободного ОВ почв лесных ценозов углистых веществ также может увеличивать среднюю величину концентрации углерода во фракции в целом.
Величина отношения С/К свободного ОВ в зональном ряду почв колеблется в весьма широких пределах — от 13,7 до 28,9 и демонстрирует тенденцию к уменьшению при продвижении с севера на юг, что также свидетельствует о более интенсивной минерализации свободного ОВ в черноземах, обусловленную их высокой биологической активностью и благоприятными климатическими условиями по сравнению с дерново-подзолистыми почвами.
Агрегированное ОВ почвы (АБР), локализованное в крупных микроагрегатах размером 50—250 мкм, представлено двумя фракциями: ЛФ , плотностью < 1,8 г/см , размером < 53 мкм, и ЛФ , плотностью 1,8—2,0 г/см.
ЛФ отличаются от ЛФ по морфологическим и химическим характеристикам: это тонкий однородный порошкообразный материал черного цвета, обогащенный ароматическими компонентами и обедненный углеводами, что, по-видимому, связано
с более высокой степенью гумификации растительного материала. Этому соответствует и более низкая величина С/Ы, которая в зональном ряду почв по сравнению с ЛФсв колеблется в значительно менее широких пределах — от 13,7 до 19,2 (в среднем 15,3—16,6).
Анализ концентрации углерода агрегированного органического вещества (ЛФагр-1) в целом выявил обратную по сравнению со свободным тенденцию к увеличению ее средней величины при продвижении с севера на юг: с 25,5—36,1 для дерново-подзолистых и серых лесных почв до 29,8—42,5% на массу фракции для черноземов, что, по-видимому, обусловлено более высокой степенью гумификации ОВ данной фракции по сравнению с почвами лесных ценозов.
В состав агрегированного ОВ включены и легкие фракции плотностью 1,8—2,0 г/см3 (ЛФагр-2), представленные в том числе и фитолитами. Величина концентрации углерода в ней в поверхностных горизонтах в зональном ряду почв колеблется от 9,7 до 18,2% на массу фракции.
Отношение С/Ы ЛФагр-2 колеблется в широких пределах (от 12,6 до 19,4) и уменьшается при продвижении с севера на юг. Средние величины этого показателя в почвах лесных ценозов соизмеримы или аналогичны таковым ЛФагр-1 16,6 и 15,9 — для дерново-подзолистых, 13,8 — для серых лесных почв соответственно.
Сходство размера и физического состояния органического вещества ЛФагр-1 и ЛФагр-2 послужили основанием для объединения их в единый пул — ЛФагр.
Таким образом, проведенные исследования наглядно продемонстрировали, что метод гранулоден-симетрического фракционирования позволяет выделять достаточно гомогенные по морфологическим признакам, химическому составу и устойчивости к минерализации функционально значимые компоненты органического вещества почвы разных периодов круговорота.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая система почвы. М., 2010.
2. Гольева А.А. Фитолиты и их информационная роль в изучении природных и археологических объектов. М., 2001.
3. Караваева Н.А. Длительная агрогенная эволюция дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 2000. № 2.
4. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. Его природа, свойства и методы изучения. М., 1951.
5. Лебедева И.И., Тонконогов В.Д. Некоторые аспекты антропогенной эволюции лесных и степных почв европейской территории Союза // Естественная и антропогенная эволюция почв. Пущино, 1988.
6. Никитин Б.А. Эволюция дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв при земледельческом использовании // Естественная и антропогенная эволюция почв. Пущино, 1988.
7. Парфёнова Е.И., Ярилова Е.А. Минералогические исследования в почвоведении. М., 1962.
8. Парфёнова Е.И., Ярилова Е.А. Руководство к микроморфологическим исследованиям в почвоведении. М., 1977.
9. Семёнов В.М., Иванникова Л.А, Тулина А.С. Стабилизация органического вещества в почве // Агрохимия. 2009. № 10.
10. Семёнов В.М., Ходжаева А.К. Агроэкологические функции растительных остатков в почве // Агрохимия. 2006. № 7.
11. Травникова Л.С, Артемьева З.С. Физическое фракционирование органического вещества почв с целью изучения его устойчивости к биодеградации // Экология и почвы: Избр. лекции 10-й Всерос. школы. Т. 4. Пущино, 2001.
12. Шаймухаметов М.Ш. К вопросу о методике определения общего азота в почвах // Химия в сельском хозяйстве. 1972. № 2.
13. Шаймухаметов М.Ш., Травникова Л.С. Способ извлечения из почвы поглощающего комплекса: Авт. свид.
№ 1185238. Госкомитет СССР по делам изобр. и открытий. Заявка № 3732977. Приоритет изобр. 30.03.1984.
14. Amelung W., Flach K.W., Zech W. Climatic effects on soil organic-matter composition in the Great Plains // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1997. Vol. 61, N 1.
15. Amelung W, Zech W, Zhang X. et al. Carbon, nitrogen, and sulfur pools in particle-sice fractions as influenced by climate // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1998. Vol. 62.
16. Frankenberger W.T, Abdelmagid H.M. Kinetic parameters of nitrogen mineralization rates of leguminous crops incorporated into soil // Plant and Soil. 1985. Vol. 87, N 2.
17. Golchin A., Baldock J.A., Oades J.M. A model linking organic matter decomposition, chemistry, and aggregate dynamic // Lal R., Kimble J.M., Follett R.F., Stewart B.A. Soil Processes and the Carbon Cycle. Boca Raton, 1997.
18. Golchin A., Clarke P., Oades J.M., Skjemstad J.O. The effect of cultivation on the composition of organic matter and structural stability of soils//Austr. J. Soil Res. 1995. Vol. 33.
19. Golchin A., Oades J.M., Skjemstad J.O., Clarke P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C CP/MAS NMP spectroscopy and scanning electron microscopy // Austr. J. Soil Res. 1994а. Vol. 32.
20. Golchin A., Oades J.M., Skjemstad J.O., Clarke P. Soil structure and carbon cycling // Austr. J. Soil Res. 1994b. Vol. 32.
21. Golchin A., Oades J.M., Skjemstad J.O., Clarke P. Structural and dynamic properties of soil organic matter as reflected by 13C natural abundence, pyrolysis mass spectro-metry and solid-state l3C NMR spectroscopy in density fractions of an Oxisol under forest and pasture // Aust. J. Soil Res. 1995. Vol. 33.
22. Henriksen T.M., Breland T.A. Nitrogen availability effects on carbon mineralization, fungal and bacterial growth, and enzyme activity during decomposition of wheat straw in soil // Soil Biol. Biochem. 1999a. Vol. 31, N 8.
23. Henriksen T.M., Breland TA. Evaluation of criteria for describing crop residue degradability in a model of carbon
and nitrogen turnover in soil // Soil Biol. Biochem. 1999b. Vol. 31, N 8.
24. Janzen H.H., Kucey R.M.N. C, N, and S mineralization of crop residue as influenced by crop species and nutrient regime // Plant and Soil. 1988. Vol. 106, N 1.
25. Trinsoutrot I., Recous S, Bentz B. et al. Biochemical quality of crop residues and carbon and nitrogen minerali-
zation kinetics under nonlimiting nitrogen conditions // Soil Sci. Soc. Amer. J. 2000. Vol. 64, N 3.
26. Trinsoutrot I., Recous S, Mary В., Nicolardot B. С and N fluxes of decomposing I3C and 15N Brassica na-pus L.: effects of residue composition and N content // Soil Biol. Biochem. 2000. Vol. 32, N 11-12.
Поступила в редакцию 05.10.2012
SOIL ORGANIC MATTER POOLS IN ZONAL SOILS
OF RUSSIAN PLATE'S CENTER
Z.S. Artemyeva, G.N. Fedotov
Dency metrical fractionation have been used for the purpose of revelation of the peculiarities of free and occluded particulate soil organic matter (SOM) in zonal soils of Russian Plate's Center. The light fractions (LF) with the density <1,8 g/sm3 (size > 53 ^m) represents the free SOM. The light fractions (LF) with the density <1,8 g/sm3 (size < 53 ^m) and with the density 1,8—2,0 g/sm3 represents the occluded SOM. The fractions have been investigated by electron microscopy, microana-lysis and chemical methods.
Key words: particulate organic matter, light fractions, dency metrical fractionation, electron microscopy.
Сведения об авторах
Артемьева Зинаида Семёновна, докт. биол. наук, доцент, профессор каф. экологии РГАУ—МСХА им. К.А. Тимирязева. E-mail: [email protected]. Федотов Геннадий Николаевич, докт. биол. наук, ст. науч. сотр., вед. науч. сотр. Ин-та экологического почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: [email protected].
