Влияние температуры и влажности на интенсивность минерализации органического вещества почв Текст научной статьи по специальности «Физика»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

УДК 631.433.3

© Е.Ю. Мильхеев, Э.В. Цыбикова

Влияние температуры и влажности на интенсивность минерализации органического вещества почв

По результатам лабораторных экспериментов приведены оценки интенсивности минерализации органического вещества почв в зависимости от их температуры и влажности.

Ключевые слова: эмиссия С02, органическое вещество почв, коэффициент <310.

E.Yu. Milkheev, E.V. Tsybikova Effect of temperature and humidity on the rate of mineralization of soil organic matter

According to the results of laboratory experiments gives an estimate of the intensity of the mineralization of organic matter in soils depending on the temperature and humidity.

Keywords: C02 emissions, soil organic matter, the coefficient of Q10.

Деструкционная ветвь цикла органического углерода (Сорг) объединяет все многообразие процессов разложения органических веществ (ОВ), а конечным продуктом деструкции является углекислый газ, замыкающий цикл Сорг и сопрягающий его с циклом неорганического углерода и циклом кислорода [1]. Разложение (минерализация) ОВ в почвах имеет, главным образом, микробиологическую природу, поэтому скорость этого процесса часто оценивают по интенсивности выделения СОг из почв в лабораторных экспериментах различной продолжительности. Считается, что основным абиотическим параметром, позволяющим количественно описать скорость разложения органического вещества в почвах, является ее температура [2]. Температура и влажность почвы принадлежат к числу основных факторов, определяющих скорости минерализации ОВ почвы. Знание их зависимости от указанных факторов крайне необходимо для моделирования динамики ОВ почвы. Особенно важным это становится при попытках оценки возможного влияния ожидаемых изменений климата на баланс углерода в экосистемах. При этом остается во многом дискуссионным вопрос: насколько различны температурные зависимости скоростей минерализации лабильных и стабильных пулов ОВ почвы.

Цель исследований состояла в оценке влияния температуры на изменение скоростей разложения лабильного и устойчивого пулов ОВ почвы?

В условиях лабораторных экспериментов изучалась дыхательная активность трех типов почв (луговой - с содержанием органического углерода 4,3%, лугово-болотной - 4,2% и дерновой лесной - 2,5%) Селенгинского дельтового

района бассейна озера Байкал. С целью оценки зависимости скоростей минерализации от температуры и влажности почвы образцы почв, отобранные с глубины 0-10 см, инкубировались при различной влажности (15, 30, 70, 120 и 200% предельной полевой влагоемкости, 1111В) в интервале температур 2, 12, 22, 32, 42 и 52°С в течение 365 дней при каждой температуре, в 3-кратной повторности.

Для сравнительной оценки скоростей минерализации стабильного и лабильного ОВ почв, наряду с «исходными» образцами почвы, инкубировались при тех же условиях образцы тех же почв, предварительно инкубированные при температуре 22°С и влажности 70% 1111В в течение 365 дней. Предполагалось, что если в «свежих» образцах значительная часть эмиссии СО2 может быть обусловлена сравнительно небольшим количеством быстро разлагающегося ОВ почвы, то в образцах, инкубировавшихся в течение года при оптимальных условиях, эта составляющая должна практически полностью минерализоваться, и эмиссия СО2 будет обусловлена оставшимся более стабильным пулом.

Температурная зависимость скорости минерализации _ / ^ ) аппроксимирова-

лась широко известными функциями: Вант-Гоффа

Т-Т„!

Ат)=аю10

где (2\0 - коэффициент, показывающий, во сколько раз изменяется значение _ДГ) при изменении температуры Т на 10°С, 7'гсг - значение температуры, при котором _ДГ) = 1 (в нашем случае 20°С); и Аррениуса

4/2013

£.[_•-----1_1

= Гч'273 где Еа - энергия активации. Дж/моль; У? 8.31 Дж/(мольК) - универсальная газовая постоянная.

Обе кривые достаточно хорошо описывают температурную зависимость экспериментальных данных, т.к. в нашем случае в исследованном диапазоне температур не наблюдалось существенного замедления процесса с ростом температуры

На рис. 1 приведены зависимости скорости минерализации при фиксированной температуре 20 С (&2о) и коэффициента Ою от влажности почвы. Скорость минерализации в целом растет с ростом влажности (заметного снижения ее при переувлажнении не наблюдается; очевидно, из-за малого объема образцов в них не возникают анаэробные условия, являющиеся в этом случае главной причиной замедления минерализации).

Рис. I Зависимость скорости минерализации при постоянной температуре 20 С А-20 (а) и коэффициента Oio(o) от влажности почв: 1 -3 - «исходная» почва, 4-6 - после года инкубации; 1,4- луговая, 2,5- лугово-болотная, 3,6 - дерновая лесная: вертикальные линии - стандартная ошибка

Как и следовало ожидать, интенсивность минерализации стабильного ОВ почв ниже, чем ОВ «исходной» почвы. Зависимость же от температуры в случае стабильного ОВ выражена сильнее (на что указывают более высокие значения коэффициентов Ою и Еа), что не противоречит литературным данным, и может оказаться важным для анализа последствий изменения климата.

Обращает на себя внимание зависимость ко-

эффициента (Эю (а также Е„) от влажности почвы. более явно выраженная для стабильного ОВ почв.

В современных моделях углеродного цикла температура одинаково влияет на разложение различных пулов ОВ почвы Наши данные свидетельствуют о том. что необходимо учитывать различие температурных зависимостей минерализации лабильных и стабильных пулов.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 12-04-31300.

Литература

I Заварзин 1 '.А. Лекции по природоведческой биологии. - М.: 11аука, 2004. 348 с.

2. Kirschbauni M.U.F. The temperature dependence of organic matter decomposition - still a topic debale // Soil Biol. Biochem. 2006, Vol. 38. P 2510-2518.

Мильхееи Евгении Юрьевич, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник Института общей и экспериментальной биологии СО РАН, тел. 89025646525- e-mail: [email protected].

Цыбикова Эржеиа Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры экспериментальной биологии Бурятского госуниверситета,тел 8(3012)211593.

Milheev Evgeny Yurievich, cund. of biological science, younger research scientist ol‘ the Institute of General and Experimental Biology, tel. 89025646525, e-mail: evg-milM/rambler.ru.

Tsvbikova Hrzhena Valeryevna, cand of biological science, associate professor of Department of Experimental Biology. Buryat Slate University, tel: 8(3012)211593.

день’

0.002

0 0015

0 001

0.0005

60 100 160 200 Влажность почвы, !/a ППВ