1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 4, 2023

Почвоведение, 2023, № 4, стр. 482-501

Размеры и соотношения пулов органического углерода в серой лесной почве при многолетнем применении минеральных и органических удобрений

В. М. Семенов a, *, Т. Н. Лебедева a, Н. Б. Зинякова a, Д. А. Соколов a

a Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
142290 Пущино, Московской области, ул., Институтская, 2, Россия

* E-mail: v.m.semenov@mail.ru

Поступила в редакцию 07.11.2022
После доработки 05.12.2022
Принята к публикации 06.12.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Почвенное органическое вещество предложено подразделять на структурные и процессные пулы. К структурным пулам отнесены твердые органические частицы (Particulate Organic Matter, CPOM) и минерально-связанное органическое вещество (Mineral-Associated Organic Matter, CMAOM), а к процессным пулам – микробная биомасса (Cмик) и потенциально-минерализуемое органическое вещество (C0). Исследования проводили в многолетнем микрополевом опыте на серой лесной почве (Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic)). Ежегодно на протяжении 9 лет применяли минеральные (N 90–360, P2O5 75–300 и K2O 100–400 кг/га) и органические (свежий навоз крупного рогатого скота от 25 до 100 т/га) удобрения в возрастающих дозах. Прирост запасов органического углерода (Сорг) в почве от NPK и навоза составил 5–10 и 38–83% соответственно. Внесение экстремальных доз навоза (от 700 до 900 т/га за 9 лет) вело к насыщению почвы органическим углеродом. Размеры пулов ПОВ уменьшались в последовательности СМАОМ > СРОМ > С0 > Смик, составляя 7.91–12 г/кг (50–84% от Сорг), 0.76–12 г/кг (8–50%), 0.32–1.71 г/кг (2.8–13.7%) и 0.09–0.56 г/кг (0.8–3.7%) соответственно. Размеры пула СРОМ зависели в основном от дозы минеральных и органических удобрений, а СМАОМ – от длительности применения удобрений. Пулы Смик и С0 увеличивались с повышением дозы навоза и уменьшались с ростом доз NPK. Многолетнее применение навоза не давало кумулятивного накопления С0 в почве. Подчеркивается, что выделение структурных и процессных пулов может быть использовано в мониторинге качества и функций почвенного органического вещества.

Ключевые слова: почвенное органическое вещество, Сорг, секвестрация органического углерода, органическое вещество твердых частиц, POM, минерально-связанное органическое вещество, потенциально-минерализуемое органическое вещество, C0, микробная биомасса, Cмик

ВВЕДЕНИЕ

Почва является крупнейшим резервуаром органического вещества, значимым источником и стоком диоксида углерода, увеличение концентрации которого в атмосфере несет угрозу климатической системе планеты. Перспективным путем смягчения последствий антропогенного изменения климата выглядит секвестрация атмосферного С–СО2 растущими растениями с последующим перемещением связанного углерода в почву и сохранением его в виде почвенного органического вещества (ПОВ) на протяжении 10–100 лет [6, 10, 44, 61]. Сельскохозяйственные почвы имеют большую способность к накоплению органического углерода (Cорг) вследствие исторически продолжительного обеднения пахотных почв органическим веществом, а агроэкосистемам свойственен высокий потенциал секвестрации углерода благодаря отзывчивости сельскохозяйственных культур на удобрения и агротехнику [27, 47, 49, 50, 63, 73]. За время сельскохозяйственного использования пахотные почвы потеряли значительную часть Cорг [59, 60, 66] и содержат в среднем на 25–75% меньше Cорг, чем необрабатываемые почвы под естественными угодьями [17, 48, 67]. В неудобренных пахотных почвах за 20–80 лет возделывания сельскохозяйственных культур потери Сорг достигают от 0 до 15 т/га [16], а при продолжительности от 6 до 154 лет – в среднем на 7–16% [46].

Теоретически, применение минеральных и органических удобрений, повышая продуктивность сельскохозяйственных культур, должно давать реальную секвестрацию С–СО2 углерода в агроэкосистемах, и прямо или косвенно обогащать почвы органическим веществом [19, 28, 36, 39, 57, 58, 73, 76]. Влияние минеральной и органической системы удобрений на содержание Cорг в пахотных почвах проявляется по-разному: при минеральной системе – за счет большего количества растительных остатков, а при органической – за счет прямого обогащения почвы органическим веществом и большей массы растительных остатков. В действительности, существенное увеличение углеродного пула надземной биомассы, корней и растительных остатков под действием минеральных азотных удобрений дает скромный прирост запасов Сорг в почве [42, 57]. В опытах, выполненных в разных регионах мира, применение минеральных удобрений в 79% случаев способствовало увеличению содержания Сорг в почве в среднем на 3.6 т С/га, в 15% случаев снижало на 1.4 т С/га и в 6% не изменяло уровня Сорг [19]. Результаты другого метаанализа показали накопление Сорг в почве под действием минеральных азотных удобрений на 8% [46]. Накопление Сорг в почве при минеральной системе удобрений происходило лишь в том случае, если надземные растительные остатки заделывали в почву, содержание Сорг в почве не превышало предельного для данного типа почвы уровня, а применяемые дозы удобрений давали прибавку урожая возделываемых культур [19, 28].

В длительных полевых опытах, проводимых в России и Европе, размеры прироста Сорг в почве уменьшались в следующем ряду применяемых систем удобрения: органическая ≥ органо-минеральная > минеральная [16, 18, 45]. В рисовых почвах органо-минеральная система удобрения давала более значительное накопление Сорг, чем органическая и минеральная системы, о чем свидетельствуют данные метаанализа [71]. Внесение навоза совместно с минеральными удобрениями увеличивало урожайность зерна на 6–19%, а содержание почвенного Сорг на 9–39% по сравнению с минеральными удобрениями [42]. По другим данным систематическое применение навоза дает стабильное и значимое увеличение содержания и запасов Сорг в почве по сравнению как с неудобренным контролем, так и относительно NPK [26, 32, 36, 42, 46, 53, 58, 62, 64].

Можно предположить, что обогащение почвы растительными остатками и навозом отразится на качестве ПОВ со специфическими изменениями в размерах и соотношениях разных фракций и пулов. По новейшим представлениям ПОВ – это континуум от грубых твердых органических частиц размером 2–0.053 мм (particulate organic matter, POM) до тонкодисперсных, связанных с минералами органических веществ размером <0.053 мм (mineral-associated organic matter, MAOM) [21, 30, 31, 37, 51, 52, 65]. Пул POM состоит из свежих и разлагающихся органических остатков, либо незащищенных, либо включенных в агрегаты почвы [12, 14, 35] со средним временем существования в почве от нескольких лет до десятилетий и предположительно является лабильным пулом ПОВ [51]. Напротив, пул MAOM, представлен в основном тонкодисперсным органическим веществом из побочных продуктов микробного происхождения, связанным с минеральными частицами, среднее время существования которого оценивается от нескольких десятилетий до веков и образует стабильный пул ПОВ [51]. Почвенные микроорганизмы разлагают POM до полимеров и мономеров, которые вместе с микробной некромассой стабилизируются в форме MAOM [43, 54, 55]. Физико-химические взаимодействия органического вещества с минеральными частицами почвы обеспечивают наиболее прочную стабилизацию углерода и его длительную сохранность в почве [21, 25, 30, 31, 44, 74]. Можно предположить, что POM характеризует стадию почвенной секвестрации углерода, а МАОМ – запасания (депонирования) углерода в почве, а оба эти пула относятся к группе структурных пулов ПОВ.

Остается дискуссионным вопрос о предпочтительном состоянии секвестрированного органического вещества в почве: должно ли оно быть более инертным и депонированным или трансформируемым и функциональным [20, 22, 23, 27, 41, 70]. Поэтому программы практической секвестрации и депонирования углерода, в том числе в рамках карбоновых полигонов [1], должны включать оценку не только структурного статуса ПОВ, но и его текущей функциональности, подразумевая под этим его способность участвовать в текущих почвенных процессах и поддерживать эко-биологические функции почвы [40]. Для оценки функциональности ПОВ следует определять микробную биомассу (Смик) и потенциально-минерализуемое органическое вещество (С0) [2, 4, 7, 9, 11], которые образуют группу процессных пулов ПОВ.

Цель работы – оценить количественные и качественные изменения органического вещества в почве, эвтрофицированной ежегодным многолетним внесением минеральных и органических удобрений, по соотношению структурных (POM и MAOM) и процессных (Cмик и C0) пулов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Условия проведения опыта. Исследование проводили на протяжении девяти лет (2011–2019 гг.) в стационарном многолетнем микрополевом опыте, заложенном внутри сетчатого павильона (54°8308′ N, 37°6052′ E). Почва – серая лесная среднесуглинистого гранулометрического состава (Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic)), взятая с неудобренного пахотного участка. Исходные физико-химические показатели почвы перед закладкой опыта (pHKCl – 4.96 ± 0.16, Сорг – 0.97 ± 0.03%, Nобщ – 0.095 ± 0.001%, содержание физической глины – 32 ± 1%) и через 9 лет его проведения, а также подробное описание процедуры подготовки и закладки опыта приведены в работе [13]. Площадь микроделянок, отделенных друг от друга каркасами из винипласта, составляла 0.25 м2 (0.5 × 0.5 × 0.3 м). Схема опыта включала следующие варианты: 1) без удобрений (контроль); 2) N1P1K1; 3) N2P2K2; 4) N3P3K3; 5) N4P4K4; 6) свежий подстилочный навоз крупного рогатого скота (КРС) из расчета 2.5 кг/м2; 7) то же 5.0 кг/м2; 8) то же 7.5 кг/м2; 9) то же 10.0 кг/м2; 10) чистый пар. Дозы N1P1K1 и навоза 2.5 кг/м2 условно отнесены к умеренным, N2P2K2 и навоза 5.0 кг/м2 – к высоким, а N3P3K3, N4P4K4 и навоза 7.5 и 10.0 кг/м2 – к экстремальным. Азотные удобрения (карбамид) вносили с шагом из расчета 9.0 г/м2 азота в интервале от 9 (N1) до 36 (N4) г/м2, фосфорные (двойной суперфосфат) – с шагом 7.5 г/м2 P2O5 в интервале от 7.5 (P1) до 30 (P4) г/м2, калийные (сернокислый калий) – с шагом 10 г/м2 K2O в интервале от 10 (K1) до 40 (K4) г/м2. Минеральные и органические удобрения вносили ежегодно весной перед посевом, равномерно разбрасывая по поверхности почвы и вручную перекапывая на глубину 20–22 см. Содержание сухого вещества в навозе КРС в среднем за 9 лет составляло 19.3 ± 0.9%, Сорг – 37.3 ± 1.8%, Nобщ – 1.97 ± 0.04% на сухое вещество. За 9 лет опыта с минеральными удобрениями было внесено (г/м2) 81–324 азота в зависимости от дозы, 68–270 P2O5 и 90–360 K2O. С органическими удобрениями в почву поступило (г/м2) 4321–17282 сухой массы, 1611–6446 органического углерода, 85–341 азота, 65–259 P2O5 и 86–346 K2O (табл. S1 ). Повторность опыта трехкратная.

В 5-польном севообороте возделывали сахарную свеклу (“Анастасия”), кукурузу на зеленую массу (“Молдавский”), лук репчатый (“Центурион”), картофель (“Жуковский”), картофель (“Жуковский”). После всходов на каждой микроделянке оставляли 2 растения сахарной свеклы и картофеля, 6 – растений кукурузы и лука. Уборку урожая культур проводили в сентябре, учитывая массу основной продукции. Величины урожая культур приведены в работе [13]. Побочную продукцию удаляли с микроделянок, а остатки корней перемешивали с почвой. Почву чистого пара в течение вегетационного периода дважды перекапывали с удалением сорных растений.

Отбор проб почвы и подразделение почвенного органического вещества на пулы. Образцы почвы отбирали после уборки урожая из слоя 0–20 см на каждой делянке тростевым буром. Отобранные пробы объединяли в смешанный образец. Образцы почвы высушивали на открытом воздухе, просеивали через сито с диаметром отверстий 2 мм, удаляли видимые фрагменты растительных остатков.

Процедура выделения твердых органических частиц (POM) по методу [24] изложена ранее [12]. Почвенную суспензию, полученную диспергированием макро- и микроагрегатов почвы 0.5%-ным раствором гексаметафосфата натрия (Na6P6O18), пропускали через сито с диаметром отверстий 0.05 мм. Содержимое на сите несколько раз промывали дистиллированной водой, высушивали и взвешивали. Полученная масса твердых частиц размеров 2–0.05 мм представляла собой фракцию POM.

Суспензию под ситом размером <0.05 мм и промывочную жидкость количественно собирали в емкости для выделения фракции минерально-связанного органического вещества (MAOM). Содержимое емкостей выдерживали до полного осаждения частиц, декантировали надосадочную жидкость, центрифугировали, осадок высушивали. Массу MAOM вычисляли по разнице между навеской почвы и массой РОМ. В каждом анализируемом образце почвы измеряли массу фракций POM и MAOM и содержание углерода во фракциях (СPOM и CMAOM) в трех повторениях.

Потенциально-минерализуемое органическое вещество в почве определяли путем инкубации почвенных образцов при постоянных условиях температуры (22°C) и влажности (25 мас. %), измеряя количественно выделяющийся C–СО2 на газовом хроматографе (Кристалл Люкс 4000 М) [9, 11]. Продолжительность инкубации составляла около 6 мес. Повторность – трехкратная. Содержание углерода потенциально-минерализуемого органического вещества (С0) в почве на момент начала инкубации рассчитывали по кумулятивному количеству C–СО2, выделившемуся за весь период инкубации, используя однокомпонентное уравнение кинетики первого порядка. Рассчитывали константу скорости минерализации ПОВ (сут–1) и процент минерализации ПОВ (С0, % от Сорг).

Углерод микробной биомассы в почве (Смик) определяли методом субстрат-индуцированного дыхания (СИД) в модификации [2]. После предварительной инкубации к образцу почвы добавляли 0.2 мл 5%-го раствора глюкозы, инкубировали в течение 3–4 ч при 22°С, затем отбирали газовую пробу из флакона и измеряли концентрацию С–СО2 на газовом хроматографе (Кристалл Люкс 4000М). Повторность – трехкратная. Содержание Смик (мкг С/г почвы) рассчитывали по скорости СИД (мкл С–СО2/(г почвы ч)).

Содержание Cорг и Nобщ в навозе, цельной почве и во фракциях РОМ (СPOM) и МАОМ (CMAOM) определяли сухим сжиганием на СNHS-анализаторе (Leco 932, США) предварительно растирая образцы до частиц <0.25 мм. Экспериментальные данные приведены в виде средних величин из трех аналитических повторений и их стандартных отклонений. Математическую обработку данных проводили с помощью MS Excel и программы Statistica 10.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Содержание и запасы Сорг. Вид удобрения (минеральные или органические), дозы и длительность применения были основными факторами изменений содержания Сорг в обрабатываемой серой лесной почве. За 9 лет наблюдений содержание Сорг в почве без удобрений увеличилось на 1.7 г/кг почвы, при внесении возрастающих доз полного минерального удобрения – на 1.9–2.5 г/кг, в вариантах с органическими удобрениями – на 7–14.4 г/кг в зависимости от дозы навоза. Величина прироста Cорг от исходного содержания органического вещества в почве в начале опыта была равна 17, 20–26 и 72–149% соответственно в вариантах без удобрений, с NPK и с навозом. Прирост запасов Cорг в почве вариантов без удобрений, с NPK и с навозом за 9 лет опыта составлял 0.44, 0.58–0.74 и 1.56–2.89 кг/м2, а в относительных значениях – 18, 25–29 и 62–115% соответственно. Различия в процентах прироста содержания и запасов Cорг были обусловлены уплотнением почвы в вариантах без удобрений и с NPK, но разуплотнением при внесении навоза.

Минеральные удобрения за 9 лет незначительно повысили содержание Сорг в почве на 0.3–0.9 г/кг (в 1.03–1.09 раз) по сравнению с неудобренным контролем, а органические удобрения – на 5.3 г/кг при дозе навоза 25 т/га и на 12.8 г/кг при дозе 100 т/га (в 1.47–2.13 раз). Соответственно прирост запасов от применяемых минеральных и органических удобрений составил 0.14–0.29 и 1.11–2.45 кг/м2. Дополнительное накопление Сорг в почве от применения навоза по сравнению с эквивалентными по NPK дозами минеральных удобрений составило 4.9–12.3 г/кг почвы (41–104%) или 0.95–2.26 кг/м2 (30–72%). Скорость аккумуляции Сорг в почве без удобрений составляла 0.22 г/(кг год), а с ежегодным внесением минеральных и органических удобрений соответственно от 0.29 до 0.38 и от 0.76 до 1.57 г/(кг год) (рис. S1 ). Влияние возрастающих доз минеральных удобрений на содержание Cорг в почве в течение 9 лет было не устойчивым (рис. S2 ), при этом прирост Сорг от умеренных и высоких доз был больше, чем от экстремальных [13]. Наоборот, чем больше была доза навоза, тем значительнее возрастало содержание Cорг в почве.

По данным литературы прирост содержания Сорг в почве от применения одного азотного (N) или полного (NPK) минерального удобрения по сравнению с неудобренным контролем составляет 0.06–0.08% [18] и 0.1–0.4% от массы почвы [45], 9% [16], 4–16% [42], 8% [46], а запасов Сорг – 3.5% [57], 3.6 т С/га [19]. Если при несбалансированном длительном применении NPK содержание Сорг в верхнем слое почвы увеличилось на 0.9 г/кг (10%), то при сбалансированном – на 1.7 г/кг (15%) [38]. Скорость накопления Сорг в рисовых почвах при минеральной системе удобрения была оценена в 0.046 г/кг год [71].

Применение органических удобрений в виде навоза дает более стабильный и высокий прирост Cорг в почве на 0.17–0.25% [18] и на 0.1–0.9% от массы почвы [45], на 20% [16]. В других обобщениях увеличение содержания (запасов) Сорг в почве при длительном применении навоза достигало по сравнению с NPK 3.5 г/кг (36%) [38], 9–39% [42], 37% [46], 29% (49% по сравнению с неудобренным контролем) [26], 17.7% [32], 9–39% [42], 17% [62], 40% и 11.9 т/га (30% и 10.2 т/га по сравнению без удобрений) [36], 8.96–9.4 т/га (5.6–7.4 т/га по сравнению без удобрений) [53, 58]. Накопление Сорг в почве при органической системе удобрений оценивается в 0.36 [71], а по другим данным в 0.23–0.26 и 0.18–0.19 г/(кг год) соответственно по сравнению с контролем без удобрений и с NPK [64].

Полученные приросты Сорг от минеральных удобрений полностью совпадают с таковыми в других опытах, а более сильный эффект от органических удобрений может быть обусловлен более равномерным распределением навоза по поверхности почвы и внутри пахотного слоя, чем в крупноделяночных полевых опытах и ежегодным внесением высоких доз вплоть до экстремальных. Уровень содержания Сорг в почве при минеральной системе удобрения на 69% зависел от длительности применения удобрений и на 5% от дозы NPK, тогда как при органической системе – на 28% от длительности внесения и на 63% от внесенной массы навоза (табл. S3 ).

Одним из показателей действия органических удобрений на ПОВ является коэффициент удерживания углерода навоза (manure–C retention coefficient) – процент прироста Сорг в почве относительно поступившего с навозом углерода за все время. Оказалось, что в почве за 9 лет ежегодного внесения навоза коэффициент удерживания был равен 35–59% от внесенного количества, если контролями были варианты с эквивалентными дозами NPK и 38–69% при контроле без удобрений. По одним данным коэффициент удерживания углерода навоза равен 6–10% [53], по другим – 12% [58]. В нескольких опытах, выполненных в Канаде, коэффициент удерживания углерода варьировал от 5 до 38.9%, возрастая в зависимости от вида навоза в ряду свиной < коровий и жидкий < < твердый < компостированный [56]. Поскольку при постоянных условиях температуры и влажности за год минерализуется примерно от 19 до 28% углерода, содержащегося в свежем соломистом навозе КРС [8], то полученные величины коэффициента удерживания углерода в пределах 35–69% выглядят вполне реальными.

Как отмечено выше, чем больше поступило углерода с навозом, тем меньше внесенного Cорг удерживалось в почве. Это свидетельствует о насыщении почвы органическим веществом [69, 77]. По данным [13] нижняя и верхняя граница насыщения серой лесной почвы органическим веществом соответствуют содержанию Cорг 23.4 и 27.5 г/кг почвы. Эти пределы Cорг достигаются поступлением 700–900 и 1300 т/га свежего навоза КРС соответственно, что эквивалентно 50–65 и 95 т C/га. Установленные пределы насыщения серой лесной почвы органическим углеродом близки величинам углеродпротекторной емкости, полученным для серой лесной среднесуглинистой [5] и дерново-подзолистой тяжелосуглинистой [3] почв.

Таким образом, систематическое применение минеральных удобрений в дозах, оптимальных для выращиваемых культур, позволяет поддерживать достигнутый уровень обеспеченности почвы органическим веществом или даже незначительно увеличивать его запасы за счет стабильного получения высокого урожая. Полная рекарбонизация серой лесной почвы достигается ежегодным внесением высоких вплоть до экстремальных доз (от 50 до 100 т/га) свежего навоза КРС на протяжении не менее 10 лет, но может привести к насыщению почвы органическим углеродом, из-за чего поступающее органическое вещество не удерживается в почве. Важно знать, в каких структурных пулах ПОВ аккумулируется запасаемый углерод и как насыщение углеродом почвы отражается на соотношении этих пулов.

Пулы твердых органических частиц (POM) и минерально-связанного органического вещества (MAOM). Грубые органические частицы (POM) размером 2–0.05 мм, распределенные в гранулометрической фракции песка и тонкодисперсное минерально-связанное органическое вещество (MAOM) пыли и глины <0.05 мм, относятся к группе структурных пулов ПОВ. Масса РОМ вместе с песком после первого года опыта составляла 5.8–8.1% от массы почвы, а через 9 лет опыта – 5.4–13.8%. В вариантах с внесением навоза масса РОМ увеличивалась, при применении NPK – почти не менялась, а в чистом пару – уменьшалась. Разница между массой анализируемой навески почвы и РОМ соответствовала массе МАОМ, на которую приходилось от 86 до 94% массы почвы. Образцы РОМ были обогащены органическим углеродом в 1.3–4.9 раза по сравнению с цельной почвой, а МАОМ, наоборот, обеднены в 1.1–1.8 раза (табл. 1 и 2). Содержание Сорг в образцах РОМ и МАОМ заметно различалось между вариантами опыта. Наиболее обогащенными углеродом были образцы POM и MAOM в вариантах с навозом. В вариантах без удобрений и с навозом концентрация углерода в образцах РОМ стабильно возрастала на протяжении 9 лет опыта с 2.29 до 2.89 и с 4.07 до 8.68% от массы РОМ соответственно, в варианте с NPK – варьировала по годам, а в чистом пару – постепенно уменьшалась. Образцы MAOM в одинаковой мере обогащались углеродом в течение опыта как в вариантах с навозом, так и с минеральными удобрениями.

Таблица 1.  

Содержание углерода в пуле твердых органических частиц (CPOM) почвы при ежегодном внесении минеральных и органических удобрений

Вариант Год опыта
2011 2013 2015 2018 2019
CPOM, % от массы POM
1 2.39 ± 0.04 2.29 ± 0.24 2.60 ± 0.07 2.87 ± 0.07 2.89 ± 0.07
2 2.70 ± 0.10 2.47 ± 0.02 3.20 ± 0.06 3.11 ± 0.19 3.29 ± 0.15
3 2.92 ± 0.14 2.75 ± 0.21 3.22 ± 0.50 3.86 ± 0.16 3.21 ± 0.09
4 3.46 ± 0.10 3.17 ± 0.03 3.26 ± 0.44 3.58 ± 0.13 3.06 ± 0.05
5 3.03 ± 0.04 3.36 ± 0.49 3.65 ± 0.19 3.56 ± 0.24 3.12 ± 0.18
6 4.07 ± 0.44 4.25 ±0.18 4.50 ± 0.08 4.79 ± 0.45 5.81 ± 0.11
7 4.69 ± 0.32 4.85 ± 0.46 5.54 ± 0.21 5.72 ± 0.41 5.80 ± 0.34
8 5.73 ± 0.26 6.24 ± 0.46 6.29 ± 0.44 6.64 ± 0.10 6.26 ± 0.06
9 6.28 ± 0.03 6.75 ± 0.73 8.00 ± 0.13 7.23 ± 0.17 8.68 ± 0.16
10 2.08 ± 0.09 2.04 ± 0.06 1.98 ± 0.09 1.74 ± 0.11 1.43 ± 0.17
CPOM, г/кг почвы
1 1.38 ± 0.08 1.50 ± 0.12 1.76 ± 0.08 1.85 ± 0.10 1.91 ± 0.06
2 1.73 ± 0.08 1.63 ± 0.06 2.21 ± 0.05 2.00 ± 0.23 2.23 ± 0.05
3 2.09 ± 0.13 1.95 ± 0.10 2.29 ± 0.28 2.78 ± 0.11 2.48 ± 0.11
4 2.51 ± 0.08 2.12 ± 0.04 2.13 ± 0.24 2.41 ± 0.18 2.21 ± 0.10
5 1.85 ± 0.04 2.19 ± 0.19 2.42 ± 0.19 2.22 ± 0.25 2.12 ± 0.15
6 2.71 ± 0.23 2.91 ± 0.15 3.40 ± 0.13 3.51 ± 0.19 4.69 ± 0.18
7 3.27 ± 0.28 3.50 ± 0.38 4.40 ± 0.46 4.57 ± 0.37 5.57 ± 0.63
8 4.19 ± 0.29 4.96 ± 0.31 6.11 ± 0.47 7.04 ± 0.12 7.85 ± 0.21
9 5.07 ± 0.16 6.42 ± 0.64 9.72 ± 0.20 9.56 ± 0.09 12.0 ± 0.42
10 1.22 ± 0.04 1.13 ± 0.04 1.09 ± 0.12 0.94 ± 0.07 0.76 ± 0.04
CPOM, % от Сорг
1 14 ± 1 15 ± 1 16 ± 1 16 ± 1 17 ± 1
2 17 ± 1 16 ± 1 19 ± 0 17 ± 2 19 ± 0
3 21 ± 1 19 ± 1 19 ± 2 23 ± 1 21 ± 1
4 26 ± 1 20 ± 0 18 ± 2 20 ± 1 18 ± 1
5 19 ± 0 21 ± 2 21 ± 2 18 ± 2 18 ± 1
6 25 ± 2 23 ± 1 25 ± 1 21 ± 1 28 ± 1
7 29 ± 3 25 ± 3 29 ± 3 26 ± 2 29 ± 3
8 34 ± 2 28 ± 2 33 ± 2 34 ± 1 37 ± 1
9 39 ± 1 35 ± 4 46 ± 1 41 ± 0 50 ± 2
10 13 ± 0 11 ± 0 11 ± 1 10 ± 1 8 ± 0

Примечание. Варианты опыта: 1 – без удобрений, 2 – N9P7.5K10, 3 – N18P15K20, 4 – N27P22.5K30, 5 – N36P30K40, 6 – навоз 2.5 кг/м2 (С179N9P7K10), 7 – навоз 5 г/м2 (С358N19P14K19), 8 – навоз 7.5 кг/м2 (С537N28P22K29), 9 – навоз 10 кг/м2 (С716N38P29 K38), 10 – чистый пар. Количества С, N, P2О5 и K2О даны в г/м2.

Таблица 2.  

Содержание углерода в пуле минерально-связанного органического вещества (CMAOM) почвы при ежегодном внесении минеральных и органических удобрений

Вариант Год опыта
2011 2015 2019
CMAOM, % от массы MAOM
1 0.87 ± 0.03 0.96 ± 0.01 0.98 ± 0.02
2 0.86 ± 0.03 0.98 ± 0.02 0.99 ± 0.01
5 0.86 ± 0.01 0.99 ± 0.01 1.01 ± 0.02
6 0.85 ± 0.01 1.08 ± 0.05 1.26 ± 0.04
9 0.87 ±0.02 1.23 ± 0.05 1.39 ±0.03
CMAOM, г/кг почвы
1 8.22 ± 0.33 8.94 ±0.11 9.19 ± 0.18
2 8.08 ± 0.26 9.11 ± 0.15 9.22 ± 0.14
5 8.04 ± 0.09 9.29 ± 0.08 9.46 ± 0.16
6 7.91 ± 0.13 10.04 ± 0.44 11.54 ± 0.39
9 8.00 ± 0.16 10.84 ± 0.44 11.97 ± 0.29
CMAOM, % от Сорг
1 84 ± 3 81 ± 1 81 ± 2
2 82 ± 3 79 ± 1 78 ± 1
5 83 ± 1 79 ± 1 80 ± 1
6 74 ± 1 73 ± 3 69 ± 2
9 61 ± 1 52 ± 2 50 ± 1

Примечание. Номера вариантов см. табл. 1.

Твердые органические частицы характеризуются существенно более широким отношением C/N, чем образцы цельной почвы и МАОМ, особенно в вариантах без удобрений и с навозом (рис. S3 ). Различия в отношении C/N между пулами РОМ и MAOM обусловлены преобладанием слаборазложившихся остатков корней растений и навоза в РОМ и продуктов микробной биомассы – в МАОМ [29, 51]. В почвах лесных и луговых экосистем отношения C/N в целой почве, РОМ и МАОМ находятся в пропорции 1 : 1.5 : 0.84 [29]. Для пахотной серой лесной почвы нашего опыта с интенсивным применением минеральных и органических удобрений получены близкие пропорции 1 : 1.4 : 0.78, что указывает на одну и ту же природу выделяемых пулов ПОВ.

Фактическое содержание CPOM в почве с учетом массы твердых органических частиц и содержания в них углерода составляло от 0.76 до 12 г/кг, а процент СРОМ от общего Сорг варьировал от 8 до 50%, что в среднем равнялось 23 ± 9%. В массиве образцов почв разных типов, землепользований и способов удобрения содержание CPOM в среднем составляло 24% от Cорг [12]. Пул CMAOM содержал от 7.91 до 12 г/кг почвы, что было эквивалентно 50–84% от Сорг.

В чистом пару содержание CPOM варьировало в пределах 0.76–1.22 г/кг, в варианте без удобрений – 1.38–1.91 г/кг, с NPK – 1.63–2.71 г/кг, а с навозом – 2.78–12.0 г/кг. Изменения в содержании CMAOM в почве без удобрений и с навозом были не столь резкими. Прирост CPOM в почве в течение 9 лет опыта при внесении навоза был в 6 и 10.5 раз больше, чем в вариантах без удобрений и с внесением возрастающих доз NPK (0.42, 0.07 и 0.04 г/(кг год) соответственно) (рис. 1). Хотя между дозой NPK и содержанием CPOM в почве существовала прямая связь, наблюдалось замедление накопления твердых органических частиц в вариантах с экстремально высокими дозами минеральных удобрений (рис. 2). Можно предположить, что слабый прирост CPOM в почве с NPK обусловлен как отрицательным действием экстремально высоких доз на продуктивность культур и соответственно на количество растительных остатков, так и усилением минерализации РОМ в присутствии минеральных удобрений. Наибольшую скорость накопления углерода минерально-связанного органического вещества давало внесение навоза (0.48 г/(кг год)), а в вариантах с NPK и без удобрений прирост CMAOM в почве равнялся 0.16 и 0.12 г/(кг год) соответственно. Можно заметить, что в отличие от CPOM формирование пула CMAOM слабо зависело от доз навоза и не зависело от доз минеральных удобрений.

Рис. 1.

Влияние продолжительности внесения минеральных и органических удобрений на размеры пулов твердых органических частиц (CPOM) и минерально-связанного органического вещества (CMAOM) в почве. I – без удобрений; II – варианты с дозами минеральных удобрений от N9P7.5K10 до N36P30K40; III – варианты с дозами органических удобрений от 2.5 до 10 кг/м2 свежего навоза.

Рис. 2.

Влияние доз минеральных (I) и органических (II) удобрений на размеры пулов почвенного углерода. CPOM – твердые органические частицы, (CMAOM) – минерально-связанное органическое вещество, Cмик – микробная биомасса, C0 – потенциально-минерализуемое органическое вещество. I – минеральные удобрения от N0P0K0 до N36P30K40 г/м2; II – органические удобрения от 0 до 10 кг/м2 свежего навоза. Зависимость содержания CMAOM от доз минеральных удобрений не достоверна.

С помощью множественной регрессии был оценен вклад доз и продолжительности применения минеральных и органических удобрений на размеры пулов CPOM и CMAOM в серой лесной почве. Оказалось, что при применении минеральных удобрений изменчивость пула РОМ на 31% объясняется дозой и на 18% длительностью применения, тогда как при многолетнем применении навоза – соответственно на 73 и 15%. Главным фактором изменчивости пула СМАОМ была длительность применения минеральных и органических удобрений (77 и 63% соответственно). Влияние дозы в вариантах с NPK было недостоверным, а с навозом – только 14%. Если в первый год опыта в виде CPOM и CMAOM было представлено в зависимости от удобрения соответственно 15–39 и 61–84% от всего Сорг, то через 9 лет – уже 17–50 и 50–81%. Это указывает на то, что ПОВ в удобряемых посевах обогащается преимущественно твердыми органическими частицами, а роль навоза, как источника РОМ, многократно выше корневых остатков. Полученные данные не совпадают с результатами других авторов [65], показавших, что унавоживание способствует преимущественному накоплению МАОМ в силу обогащенности навоза микробной биомассой и большей доступности навоза почвенным микроорганизмам в качестве субстрата. По нашему мнению, высокий прирост МАОМ в почве с навозом по сравнению с вариантами NPK, в которых единственным источником органического вещества были растительные остатки, обусловлен бóльшими величинами поступления в почву углерода с навозом.

Также высказано предположение, что пул твердых органических частиц не подвержен насыщению и в виде РОМ может накапливаться сколько угодно много углерода, тогда как пул минерально-связанного органического вещества является насыщаемым и его емкость контролируется массой фракций пыли и глины [33]. В действительности эта гипотеза применима к умеренному обогащению почвы растительными остатками, но не подтверждается при систематическом применении высоких доз навоза. В настоящем опыте величины прироста СРОМ в почве за 1–5 лет систематического применения минеральных удобрений в возрастающих дозах составляли 10%, а за 5–9 лет отсутствовали. В вариантах с ежегодными дозами навоза 25 и 50 т/га содержание СРОМ в почве за 1–5 и 5–9 лет возрастало одинаково на 30%. При применении 75 и 100 т/га навоза прирост СРОМ в почве за первое пятилетие был больше, чем за второе пятилетие опыта (70 и 30% соответственно). Это указывает на насыщение пула твердых органических частиц только в случае использования экстремальных доз навоза. Пул СМАОМ насыщался примерно одинаковыми темпами как при применении минеральных (10 и 0%), так и органических удобрений (30 и 10%) без особых отличий между разными дозами.

Пулы микробного (Смик) и потенциально-минерализуемого углерода (C0). Микробная биомасса и потенциально-минерализуемое органическое вещество относятся к группе процессных пулов ПОВ, в которых осуществляется синтез, деструкция и трансформация органических веществ и соединений. Трансфер растительных остатков микроорганизмами в РОМ и микробной некромассы в МАОМ, называемый “микробным насосом”, обеспечивает непрерывное преобразование органического вещества в почве [15, 43, 54, 55]. Содержание Смик и отношение Смик/Сорг являются предикторами ранних изменений качества ПОВ [68]. Потенциально-минерализуемое органическое вещество (биологически активное органическое вещество) ответственно за многие био-физико-химические процессы в почве, включая эмиссию климатически активных газов [11, 75].

Содержание Смик в почве в зависимости от вида и дозы удобрений, выращиваемой культуры, погодных условий года варьировало на протяжении 9 лет от 0.09 до 0.56 г/кг почвы, что составляло 0.8–3.7% от Сорг (табл. 3). В почве без удобрений и с навозом наблюдался небольшой ежегодный прирост Смик в 0.004 и 0.016 г/(кг год), тогда как систематическое применение NPK вело к снижению размеров микробного пула со скоростью 0.005 г/(кг год) (рис. 3). Возрастающие дозы NPK и навоза принципиально по-разному влияли на микробный пул почвы. Если увеличение доз навоза от умеренных до экстремальных способствовало накоплению микробной биомассы в среднем за 9 лет в 1.5–2.6 раза по сравнению с контролем, то небольшое положительное влияние в 1.1 раза умеренной дозы N1P1K1 сменялось уменьшением Смик в 1.2 раза при экстремальной дозе N4P4K4. Ежегодный процент прироста Смик был меньше такового для Сорг, что повлекло за собой уменьшение отношения Смик/Сорг в почве без удобрений и с навозом через 9 лет опыта. Особенно сильное сужение Смик/Сорг отношения происходило в вариантах с экстремальными дозами минеральных удобрений.

Таблица 3.  

Содержание углерода в микробном пуле (Cмик) почвы при ежегодном внесении минеральных и органических удобрений

Вариант Год опыта
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
г/кг почвы
1 0.17 ± 0.01 0.14 ± 0.01 0.14 ± 0.02 0.16 ± 0.01 0.15 ± 0.01 0.15 ± 0.01 0.19 ± 0.01 0.18 ± 0.03 0.19 ± 0.00
2 0.20 ± 0.01 0.18 ± 0.01 0.16 ± 0.00 0.18 ± 0.02 0.15 ± 0.01 0.14 ± 0.00 0.22 ± 0.01 0.18 ± 0.01 0.17 ± 0.01
3 0.19 ± 0.01 0.17 ± 0.00 0.16 ± 0.01 0.15 ± 0.01 0.14 ± 0.01 0.14 ± 0.01 0.19 ± 0.00 0.16 ± 0.02 0.15 ± 0.01
4 0.20 ± 0.00 0.17 ± 0.01 0.17 ± 0.02 0.12 ± 0.00 0.10 ± 0.01 0.13 ± 0.01 0.16 ± 0.01 0.13 ± 0.00 0.11 ± 0.00
5 0.19 ± 0.01 0.15 ± 0.01 0.15 ± 0.01 0.11 ± 0.00 0.09 ± 0.01 0.13 ± 0.01 0.16 ± 0.01 0.12 ± 0.01 0.10 ± 0.01
6 0.24 ± 0.00 0.23 ± 0.01 0.23 ± 0.02 0.21 ± 0.00 0.22 ± 0.01 0.19 ± 0.01 0.27 ± 0.01 0.30 ± 0.02 0.30 ± 0.00
7 0.26 ±0.01 0.30 ± 0.01 0.24 ± 0.04 0.27 ± 0.02 0.25 ± 0.01 0.25 ± 0.02 0.33 ± 0.01 0.34 ± 0.01 0.38 ± 0.02
8 0.29 ± 0.01 0.33 ± 0.01 0.29 ± 0.04 0.36 ± 0.02 0.35 ± 0.01 0.29 ± 0.02 0.39 ± 0.01 0.44 ± 0.01 0.47 ± 0.02
9 0.36 ± 0.01 0.38 ± 0.01 0.36 ± 0.00 0.40 ± 0.03 0.39 ± 0.01 0.37 ± 0.02 0.45 ± 0.01 0.51 ± 0.01 0.56 ± 0.01
10 0.15 ± 0.00 0.12 ± 0.01 0.13 ± 0.00 0.15 ± 0.01 0.13 ± 0.00 0.14 ± 0.01 0.17 ± 0.01 0.11 ± 0.00 0.16 ± 0.00
% от Сорг/% от C0
1 1.8/31 1.4/29 1.5/31 1.6/32 1.5/34 1.4/33 1.7/43 1.5/39 1.7/59
2 2.0/33 1.8/32 1.7/33 1.8/32 1.4/28 1.2/27 1.8/37 1.5/34 1.5/33
3 1.9/31 1.7/32 1.6/31 1.4/26 1.3/22 1.1/23 1.6/32 1.2/30 1.2/28
4 2.0/32 1.8/32 1.7/32 1.2/22 0.9/16 1.1/24 1.3/28 1.0/25 0.9/25
5 1.9/29 1.6/29 1.6/29 1.1/21 0.8/16 1.1/24 1.3/28 0.9/24 0.8/24
6 2.4/31 2.1/29 2.0/32 1.7/30 1.6/27 1.4/23 1.9/35 1.9/38 1.9/41
7 2.7/29 2.7/26 1.9/27 2.0/29 1.7/27 1.6/23 2.1/30 1.9/35 2.1/44
8 3.0/27 2.7/25 2.1/28 2.0/31 1.9/25 1.5/24 2.1/30 2.2/34 2.3/38
9 3.7/27 2.9/22 2.4/29 2.2/27 1.9/26 1.8/26 2.0/31 2.2/36 2.4/40
10 1.6/27 1.3/28 1.4/30 1.5/36 1.3/30 1.4/35 1.7/42 1.1/27 1.7/45

Примечание. Номера вариантов см. табл. 1.

Рис. 3.

Влияние продолжительности внесения минеральных и органических удобрений на размеры микробного (Cмик) и потенциально-минерализуемого (C0) пулов почвенного углерода. I – без удобрений; II – варианты с дозами минеральных удобрений от N9P7.5K10 до N36P30K40 г/м2; III – варианты с дозами органических удобрений от 2.5 до 10 кг/м2 свежего навоза. Зависимость содержания С0 от продолжительности внесения доз навоза не достоверна.

Отрицательное действие минеральных удобрений на микробную биомассу почвы хорошо подтвержденный в литературе факт и обусловлен как прямым ингибирующим действием химических солей на микроорганизмы, так и косвенно, из-за недостатка доступного углерода, требуемого для компенсации имеющихся запасов минерального азота, и в результате подкисления почвы [34, 72]. В предыдущей работе показано, что в почве с ежегодным внесением экстремально высоких доз минеральных удобрений создавался высокий уровень остаточных нитратов, а рН почвы после 9 лет применения NPK снижался до 3.6 [13]. В целом содержание Смик в почве с минеральными удобрениями на 20% зависело от дозы и на 6% от длительности применения NPK, а с органическими удобрениями – на 76% от дозы навоза и на 12% от длительности применения.

На микробную биомассу могло приходиться от 16 до 59% потенциально-минерализуемого (С0) органического вещества. Доля Смик в С0 уменьшалась в следующем ряду вариантов: без удобрений > > чистый пар > органические удобрения > минеральные удобрения. Уменьшение отношения Смик к С0 в вариантах с минеральными удобрениями обусловлено, по-видимому, неблагоприятными условиями для роста микробной биомассы, а с органическими удобрениями – поступлением с навозом других органических веществ, способных к минерализации, в частности, твердых органических частиц [12].

Рис. 4.

Связь размеров пулов твердых органических частиц (I), минерально-связанного органического вещества (II), микробной биомассы (III) и потенциально-минерализуемого углерода (IV) с содержанием в почве общего органического углерода (Сорг).

Рис. 5.

Регрессионные зависимости содержаний углерода в пулах твердых органических веществ (CPOM), минерально-связанного органического вещества (CMAOM), микробной биомассы (Cмик) и потенциально-минерализуемого органического вещества (C0) почвы. Примечание: связь CMAOM с C0 не достоверна.

В течение 9 лет опыта содержание С0 в почве варьировало от 0.32 до 1.71 г/кг или от 2.8 до 13.7% от Сорг (табл. 4). Выращивание культур без удобрений вело к постепенному обеднению почвы углеродом потенциально-минерализуемого органического вещества со скоростью 0.019 г/(кг год). В почве с минеральными удобрениями содержалось в среднем в 1.2 раза больше С0, чем в неудобренной почве, но при ежегодном внесении NPK развивалась тенденция уменьшения размеров потенциально-минерализуемого пула ПОВ со скоростью 0.009 г/(кг год). Умеренные дозы NPK способствовали незначительному росту обеспеченности почвы потенциально-минерализуемым органическим веществом, а экстремально высокие вызывали снижение C0 из-за отрицательного действия экстремальных доз минеральных удобрений на содержание микробной биомассы и РОМ. Вклад продолжительности применения NPK в межгодовые колебания С0 в почве равнялся 19%, а дозы NPK – 13%. В почве с возрастающими дозами навоза содержалось в 1.7–3.2 раза больше, чем в неудобренной почве и в 1.7–2.6 раза, чем в почве с NPK.

Таблица 4.  

Содержание углерода в пуле потенциально-минерализуемого органического вещества (C0) почвы при ежегодном внесении минеральных и органических удобрений

Вариант Год опыта
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
г/кг почвы
1 0.56 ± 0.01 0.48 ± 0.00 0.46 ± 0.01 0.49 ± 0.00 0.44 ± 0.00 0.46 ± 0.00 0.43 ± 0.02 0.46 ± 0.01 0.32 ± 0.00
2 0.59 ± 0.01 0.56 ± 0.00 0.50 ± 0.01 0.56 ± 0.01 0.54 ± 0.04 0.52 ± 0.03 0.60 ± 0.00 0.53 ± 0.02 0.52 ± 0.00
3 0.61 ± 0.02 0.53 ± 0.00 0.51 ± 0.00 0.57 ± 0.00 0.63 ± 0.02 0.59 ± 0.01 0.61 ± 0.00 0.52 ± 0.01 0.52 ± 0.01
4 0.62 ± 0.02 0.54 ± 0.01 0.52 ± 0.00 0.56 ± 0.00 0.61 ± 0.02 0.54 ± 0.01 0.59 ± 0.01 0.50 ± 0.00 0.44 ± 0.01
5 0.65 ± 0.01 0.53 ± 0.01 0.54 ± 0.01 0.53 ± 0.01 0.58 ± 0.00 0.53 ± 0.01 0.58 ± 0.00 0.49 ± 0.01 0.41 ± 0.01
6 0.75 ± 0.01 0.80 ± 0.01 0.73 ± 0.02 0.71 ± 0.00 0.80 ± 0.02 0.80 ± 0.00 0.77 ± 0.00 0.78 ± 0.00 0.74 ± 0.02
7 0.92 ± 0.04 1.14 ± 0.04 0.89 ± 0.00 0.96 ± 0.02 0.96 ± 0.00 1.07 ± 0.00 1.12 ± 0.02 0.96 ± 0.00 0.86 ± 0.01
8 1.06 ± 0.02 1.33 ± 0.01 1.04 ± 0.00 1.14 ± 0.02 1.41 ± 0.05 1.22 ± 0.00 1.29 ± 0.02 1.28 ± 0.01 1.23 ± 0.03
9 1.32 ± 0.03 1.71 ± 0.03 1.24 ± 0.00 1.47 ± 0.04 1.53 ± 0.04 1.41 ± 0.00 1.44 ± 0.01 1.41 ± 0.01 1.42 ± 0.02
10 0.56 ± 0.01 0.43 ± 0.01 0.43 ± 0.00 0.43 ± 0.00 0.43 ± 0.01 0.39 ± 0.00 0.39 ± 0.01 0.41 ± 0.00 0.35 ± 0.01
% от Сорг
1 5.8 4.9 4.6 4.8 4.4 4.2 4.0 4.0 2.8
2 6.1 5.7 5.0 5.4 5.0 4.5 4.8 4.4 4.5
3 6.3 5.4 5.3 5.5 5.8 4.9 4.9 4.1 4.3
4 6.4 5.6 5.3 5.4 5.7 4.5 4.8 4.0 3.6
5 6.7 5.5 5.4 5.1 5.4 4.5 4.6 3.9 3.3
6 7.8 7.5 6.3 5.6 6.0 5.8 5.3 5.1 4.6
7 9.5 10.3 7.0 6.9 6.6 7.1 7.1 5.5 4.8
8 11.0 10.8 7.4 6.5 7.7 6.5 6.9 6.4 6.0
9 13.7 13.2 8.1 8.0 7.6 6.7 6.2 6.0 6.1
10 5.8 4.6 4.7 4.3 4.3 4.0 3.9 4.1 3.7

Примечание. Номера вариантов те же, что и в табл. 1.

В отличие от общего Сорг и других пулов углерода 9-летнее внесение одной и той же дозы органического удобрения не давало кумулятивного прироста С0, поддерживая лишь тот уровень, который достигался применением соответствующей дозы навоза. Как следствие, единственным значимым фактором изменения С0 в почве с органическими удобрениями была доза навоза. По ранее предложенной шкале обеспеченности почв потенциально-минерализуемым углеродом [11] серая лесная почва без удобрений и с возрастающими дозами NPK может быть отнесена к низкообеспеченной (0.35–0.75 г/кг), с ежегодным применением навоза от 25 до 75 т/га – к среднеобеспеченной (0.75–1.50 г/кг), а при внесении 100 т/га ежегодно – к высокообеспеченной (1.50–3.00 г/кг).

Еще одна особенность многолетней динамики потенциально-минерализуемого пула – это постепенное уменьшение его доли в составе ПОВ. За 9 лет выращивания сельскохозяйственных культур процент С0 от общего Сорг в почве без удобрений уменьшился в 2 раза с 5.8 до 2.8%, в вариантах с NPK – в 1.6 раза с 6.4 ± 0.3 до 3.9 ± 0.6, а при внесении возрастающих доз навоза – в 1.9 раза с 10.5 ± 2.5 до 5.4 ± 0.8%. В почве без удобрений и с применением NPK снижение доли С0 в ПОВ могло быть обусловлено недостаточно полной компенсацией минерализованного органического вещества почвы разлагаемым материалом растительных остатков, т.е. минерализационные потери углерода были выше поступления потенциально-минерализуемого вещества. При ежегодном применении навоза могло развиваться насыщение почвы разлагаемым субстратом, когда его количество превышает минерализующую способность микроорганизмов, либо имело место систематическое преобладание трудноминерализуемых компонентов, поступающих с навозом, над легкоминерализуемыми. Независимо от причин, Сорг в почве накапливается преимущественно в биологически стабильном состоянии, т.е. подвергается реальной секвестрации.

Соотношения и взаимосвязи структурных и процессных групп пулов ПОВ. Для одних и тех же вариантов и сроков отбора образцов вариабельность содержания Сорг в почве составляла 32%, а пулов СРОМ и СМАОМ соответственно 83 и 14%. Коэффициент изменчивости процессных пулов Cмик и C0 равнялся 54 и 51% соответственно. Содержание углерода в структурных и процессных пулах достаточно тесно коррелировало с общим Сорг (рис. 4 ), поэтому эти 4 пула следуют считать основополагающими при мониторинге свойств и динамики ПОВ. Увеличивая содержание в почве органического углерода на 1 г/кг с помощью применения минеральных и органических удобрений, можно увеличить размеры пулов СРОМ и СМАОМ на 0.58 и 0.27 г/кг почвы, а Смик и С0 на 0.02 и 0.08 г/кг соответственно. В ранее выполненных обобщениях прибавка СРОМ и С0 в почвах разных типов и землепользований от увеличения содержания Сорг на 1 г/кг почвы оценивалась в 0.23 и 0.02 г/кг соответственно [11, 12].

Размеры структурных пулов были больше процессных в следующей последовательности: СМАОМ > > СРОМ > С0 > Смик. Пул потенциально-минерализуемого углерода был всегда больше микробного пула в среднем в 3.5 раза, варьируя по годам без какой-либо отчетливой зависимости от вида и дозы удобрения, тогда как отношение СМАОМ к СРОМ сильно менялось в зависимости от количества поступающего в почву навоза. В неудобренной почве отношение СМАОМ к СРОМ равнялось 5, в вариантах с NPK – 4, а с дозами навоза 25 и 100 т/га – 3 и 1. Достоверная корреляция СРОМ с СМАОМ, С0 и Смик является еще одним подтверждением того, что твердые органические частицы являются предшественником минерально-связанного органического вещества и прямым источником микробной биомассы и потенциально-минерализуемого органического вещества. Из уравнений регрессии, представленных на рис. 5 , следует, что 1 г/кг СРОМ может дать 0.30 г/кг СМАОМ, 0.04 Смик и 0.12 г/кг С0. Ранее было показано, что во фракции POM содержится в 2.8–7.6 раз больше С0, чем в цельном образце почвы, степень минерализации POM выше, чем ПОВ в 1.2–2.4 раза, а увеличение содержания в почве СРОМ на 1 г/кг дает прирост потенциально-минерализуемого углерода на 0.07 г/кг [12].

Микробная биомасса является составным компонентом и модератором потенциально-минерализуемого пула ПОВ. В свою очередь потенциально-минерализуемое органическое вещество характеризует одновременно доступность органического вещества микроорганизмам и способность микроорганизмов использовать углерод в своей жизнедеятельности. Взаимосвязь микробного и потенциально-минерализуемого пулов почвенного углерода подтверждается тесной корреляцией между Смик и С0, а также, как показано выше, близкими коэффициентами вариабельности значений. Но роль микробного пула углерода не ограничивается взаимосвязью с потенциально-минерализуемым пулом ПОВ, а проявляется также в формировании минерально-связанного органического вещества. Если вклад СМАОМ в потенциально-минерализуемый пул ПОВ был не достоверным, то между СМАОМ и Смик обнаруживалась прямая линейная связь. Согласно расчетам, увеличение в почве микробного углерода на 1 г/кг могло бы дать 5.92 г/кг почвы минерально-связанного органического вещества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Био-физическое разделение ПОВ на углеродные пулы является распространенным способом оценки природы, свойств, оборачиваемости и функций ПОВ. Целостность, автохтонность и сохранность ПОВ создаются структурными пулами твердых органических частиц (СРОМ) и минерально-связанного органического вещества (СМАОМ), которые выделяются гранулометрическим фракционированием. Микробная биомасса (Смик) и потенциально-минерализуемое органическое вещество (С0) относятся к процессной группе пулов и характеризуют реактивность, трансформируемость и биоактивность ПОВ.

Многолетнее ежегодное применение минеральных и органических удобрений увеличивало запасы Сорг в серой лесной почве по сравнению с неудобренным контролем на 5–10 и 38–83% соответственно в зависимости от вносимых доз. Чем больше поступало углерода с навозом, тем меньше внесенного Cорг удерживалось в почве из-за насыщения почвы органическим веществом. Нижний порог насыщения почвы Сорг соответствовал 2.34% от массы почвы при суммарном поступлении от 700 до 900 т/га (50–65 т C/га) свежего навоза крупного рогатого скота. Полное насыщение пахотной серой лесной почвы углеродом соответствует содержанию Сорг 2.75% от массы почвы и достигается внесением 1300 т/га навоза. Пул СМАОМ насыщался углеродом, как при минеральном, так и при органическом удобрении, тогда как насыщение пула СРОМ достигалось лишь внесением экстремальных доз навоза.

При минеральном удобрении в почву поступают только растительные остатки, а при органическом – растительные остатки и навоз. Различия в количестве и качестве поступающего в почву нового органического материала по-разному отражались на размерах и соотношениях структурных пулов углерода. Пул твердых органических частиц более обогащен углеродом, чем цельный образец почвы, а пул минерально-связанного вещества, наоборот, обеднен. Отношения C/N в целой почве, РОМ и МАОМ с интенсивным применением минеральных и органических удобрений соответствуют пропорции 1 : 1.4 : 0.78. Поступающее в почву органическое вещество растительных остатков и навоза накапливалось преимущественно в пуле твердых органических частиц. Применение минеральных удобрений давало слабый прирост СРОМ по сравнению с неудобренным контролем и не приводило к накоплению СМАОМ. При внесении навоза содержание СРОМ увеличивалось в 2.1–5.2 раза, а СМАОМ – в 1.2–1.3 раза. Размеры пула СРОМ зависели в основном от дозы минеральных и органических удобрений, тогда как СМАОМ – от длительности применения удобрений.

Хотя в процессных пулах Смик и С0 сосредоточена небольшая часть Сорг (0.8–3.7 и 2.8–13.7%), точное измерение углерода в этих пулах важно для оценки потоков углерода. Микробный и потенциально-минерализуемый пулы углерода взаимосвязаны между собой и в целом одинаково реагируют на минеральные и органические удобрения: увеличиваются с повышением дозы навоза и уменьшаются с увеличением дозы NPK. Многолетнее применение навоза не давало кумулятивного прироста С0 в почве, поддерживая лишь тот уровень, который достигался применением соответствующей дозы навоза. Накопление в почве Сорг при многолетнем применении органических удобрений и умеренных доз NPK происходило за счет биологически стабильного органического вещества.

Твердые органические частицы являются предшественником минерально-связанного органического вещества и прямым источником микробной биомассы и потенциально-минерализуемого органического вещества. Продукты разложения поступающего в почву органического вещества и отмершей микробной биомассы образуют пул минерально-связанного органического вещества. Микробная биомасса является составным компонентом и модератором потенциально-минерализуемого пула ПОВ, а потенциально-минерализуемое органическое вещество характеризует одновременно и доступность органического вещества микроорганизмам и способность микроорганизмов использовать имеющиеся запасы углерода.

Минеральные удобрения в зависимости от дозы могут быть как средством поддержания запасов органического вещества в почве, так и причиной деградации структурных и процессных пулов ПОВ. Одним из способов восполнения ранее утраченных запасов органического углерода в пахотных почвах в рамках рекарбонизации агроэкосистем является ежегодное внесение в почву высоких доз навоза крупного рогатого скота вплоть до экстремальных. Но эта теоретическая концепция вряд ли осуществима в практике.

Список литературы

  1. Абакумов Е.В., Поляков В.И., Чуков С.Н. Подходы и методы изучения органического вещества почв карбоновых полигонов России (обзор) // Почвоведение. 2022. № 7. С. 773–772. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070024

  2. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327–1333.

  3. Завьялова Н.Е. Углеродпротекторная емкость дерново-подзолистой почвы естественных и агроэкосистем Предуралья // Почвоведение. 2022. № 8. С. 1046–1055. https://doi.org/10.31857/S0032180X22080160

  4. Ковалев И.В., Семенов В.М., Ковалева Н.О., Лебедева Т.Н., Яковлева В.М., Паутова Н.Б. Оценка биогенности и биоактивности агросерых глееватых неосушеных и осушенных почв // Почвоведение. 2021. № 7. С. 827–837. https://doi.org/10.31857/S0032180X21070078

  5. Когут Б.М., Семенов В.М. Оценка насыщенности почвы органическим углеродом // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2020. Вып. 102. С. 103–124. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-102-103-124

  6. Когут Б.М., Семенов В.М., Артемьева З.С., Данченко Н.Н. Дегумусирование и почвенная секвестрация углерода // Агрохимия. 2021. № 5. С. 3–13. https://doi.org/10.31857/S0002188121050070

  7. Никитин Д.А., Семенов М.В., Чернов Т.И., Ксенофонтова Н.А., Железова А.Д., Иванова Е.А., Хитров Н.Б., Степанов А.Л. Микробиологические индикаторы экологических функций почв (обзор) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 228–243. https://doi.org/10.31857/S0032180X22020095

  8. Паутова Н.Б., Семенова Н.А., Хромычкина Д.П., Лебедева Т.Н., Семенов В.М. Определение активного органического вещества в свежем подстилочном навозе биокинетическим методом // Агрохимия. 2018. № 9. С. 29–39. https://doi.org/10.1134/S0002188118090107

  9. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В. Структурно-функциональное состояние органического вещества почвы // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. М.: Наука, 2006. С. 230–247.

  10. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 233 с.

  11. Семенов В.М., Когут Б.М., Зинякова Н.Б., Масютенко Н.П., Малюкова Л.С., Лебедева Т.Н., Тулина А.С. Биологически активное органическое вещество в почвах европейской части России // Почвоведение. 2018. № 4. С. 457–472. https://doi.org/10.7868/S0032180X1804007X

  12. Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Паутова Н.Б. Дисперсное органическое вещество в необрабатываемых и пахотных почвах // Почвоведение. 2019. № 4. С. 440–450. https://doi.org/10.1134/S0032180X19040130

  13. Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Зинякова Н.Б., Соколов Д.А., Семенов М.В. Эвтрофикация пахотной почвы: сравнительное влияние минеральной и органической систем удобрения // Почвоведение. 2023. № 1. С. 58–73. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600676

  14. Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Паутова Н.Б., Хромычкина Д.П., Ковалев И.В., Ковалева Н.О. Взаимосвязь размера агрегатов, содержания дисперсного органического вещества и разложения растительных остатков в почве // Почвоведение. 2020. № 4. С. 430–443. https://doi.org/10.31857/S0032180X20040139

  15. Семенов В.М., Паутова Н.Б., Лебедева Т.Н., Хромычкина Д.П., Семенова Н.А., Лопес де Гереню В.О. Разложение растительных остатков и формирование активного органического вещества в почве инкубационных экспериментов // Почвоведение. 2019. № 10. С. 1172–1184. https://doi.org/10.1134/S0032180X19100113

  16. Сычев В.Г., Налиухин А.Н., Шевцова Л.К., Рухович О.В., Беличенко М.В. Влияние систем удобрения на содержание почвенного органического углерода и урожайность сельскохозяйственных культур: результаты длительных полевых опытов Географической сети России // Почвоведение. 2020. № 12. С. 1521–1536. https://doi.org/10.31857/S0032180X20120138

  17. Ходжаева А.К., Семенов В.М. Распределение активного органического вещества в профиле почв природных и сельскохозяйственных экосистем // Почвоведение. 2015. № 12. С. 1496–1504. https://doi.org/10.7868/S0032180X15120102

  18. Шарков И.Н., Данилова А.А. Влияние агротехнических приемов на изменение содержания гумуса в пахотных почвах // Агрохимия. 2010. № 12. С. 72–81.

  19. Alvarez R. A review of nitrogen fertilizer and conservation tillage effects on soil organic carbon storage // Soil Use and Management. 2005. V. 21. P. 38–52. https://doi.org/10.1079/SUM2005291

  20. Angers D., Arrouays D., Cardinael R., Chenu C., Corbeels M., Demenois J., Farrell M., Martin M., Minasny B., Recous S., Six J. A well-established fact: Rapid mineralization of organic inputs is an important factor for soil carbon sequestration // Eur. J. Soil Sci. 2022. V. 73(3). P. e13242. https://doi.org/10.1111/ejss.13242

  21. Basile–Doelsch I., Balesdent J., Pellerin S. Reviews and syntheses: The mechanisms underlying carbon storage in soil // Biogeosciences. 2020. V. 17(21). P. 5223–5242. https://doi.org/10.5194/bg-17-5223-2020

  22. Baveye P.C., Schnee L.S., Boivin P., Laba M., Radulovich R. Soil Organic Matter Research and Climate Change: Merely Re-storing Carbon Versus Restoring Soil Functions // Front. Environ. Sci. 2020. V. 8. P.579904. https://doi.org/10.3389/fenvs.2020.579904

  23. Berthelin J., Laba M., Lemaire G., Powlson D., Tessier D., Wander M., Baveye P.C. Soil carbon sequestration for climate change mitigation: Mineralization kinetics of organic inputs as an overlooked limitation // Eur. J. Soil Sci. 2022. V. 73(1). Art.No. e13221. https://doi.org/10.1111/ejss.13221

  24. Cambardella C.A., Elliott E.T. Particulate Soil Organic-Matter Changes across a Grassland Cultivation Sequence // Soil Sci. Soc. Am. J. 1992. V. 56. № 3. P. 777–783. https://doi.org/10.2136/sssaj1992.03615995005600030017x

  25. Castellano M.J., Mueller K.E., Olk D.C., Sawyer J.E., Six J. Integrating plant litter quality, soil organic matter stabilization, and the carbon saturation concept // Global Change Biol. 2015. V. 21. № 9. P. 3200–3209. https://doi.org/10.1111/gcb.12982

  26. Chen Y., Camps–Arbestain M., Shen Q., Singh B., Cayuela M.L. The long-term role of organic amendments in building soil nutrient fertility: a meta-analysis and review // Nutr. Cycl. Agroecosyst. 2018. V. 111. P. 103–125. https://doi.org/10.1007/s10705-017-9903-5

  27. Chenu C., Angers D.A., Barré P., Derrien D., Arrouays D., Balesdent J. Increasing organic stocks in agricultural soils: Knowledge gaps and potential Innovations // Soil Till. Res. 2019. V. 188. P. 41–52. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.04.011

  28. Christopher S.F., Lal R. Nitrogen Management Affects Carbon Sequestration in North American Cropland Soils // Critical Rev. Plant Sci. 2007. V. 26(1). P. 45–64. https://doi.org/10.1080/07352680601174830

  29. Cotrufo M.F., Ranalli M.G., Haddix M.L., Six J., Lugato E. Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter // Nature Geoscience. 2019. V. 12. P. 989–994. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0484-6

  30. Cotrufo M.F., Soong J.L., Horton A.J., Campbell E.E., Haddix M.L., Wall D.H., Parton W.J. Formation of soil organic matter via biochemical and physical pathways of litter mass loss // Nature Geoscience. 2015. V. 8. P. 776–779. https://doi.org/10.1038/NGEO2520

  31. Cotrufo M.F., Wallenstein M.D., Boot C.M., Denef K., Paul E. The Microbial Efficiency-Matrix Stabilization (MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: do labile plant inputs form stable soil organic matter? // Global Change Biol. 2013. V. 19. № 4. P. 988–995. https://doi.org/10.1111/gcb.12113

  32. Du Y., Cui B., Zhang Q., Wang Z., Sun J., Niu W. Effects of manure fertilizer on crop yield and soil properties in China: A meta-analysis // Catena. 2020. V. 193. P. 104617. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104617

  33. Feng W., Xu M., Fan M., Malhi S.S., Schoenau J.J., Six J., Plante A.F. Testing for soil carbon saturation behavior in agricultural soils receiving long-term manure amendments // Can. J. Soil Sci. 2014. V. 94(3). P. 281–294. https://doi.org/10.4141/cjss2013-012

  34. Geisseler D., Scow K.M. Long-term effects of mineral fertilizers on soil microorganisms – A review // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 75. P. 54–63. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.03.023

  35. Gregorich E.G., Beare M.H., McKim U.F., Skjemstad J.O. Chemical and Biological Characteristics of Physically Uncomplexed Organic Matter // Soil Sci. Soc. Am. J. 2006. V. 70(3). P. 975–985. https://doi.org/10.2136/sssaj2005.0116

  36. Gross A., Glaser B. Meta‑analysis on how manure application changes soil organic carbon storage // Sci. Report. 2021. V. 11. P. 5516. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82739-7

  37. Haddix M.L., Gregorich E.G., Helgason B.L., Janzen H., Ellert B.H., Cotrufo M.F. Climate, carbon content, and soil texture control the independent formation and persistence of particulate and mineral-associated organic matter in soil // Geoderma. 2020. V. 363 P. 114160. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.114160

  38. Han P., Zhang W., Wang G., Sun W., Huang Y. Changes in soil organic carbon in croplands subjected to fertilizer management. A global meta-analysis // Sci. Report. 2016. V. 6. P. 27199. https://doi.org/10.1038/srep27199

  39. Hijbeek R., van Ittersum M.K., ten Berge H.F.M., Gort G., Spiegel H., Whitemore A.P. Do organic inputs matter – a meta-analysis of additional yield effects for arable crops in Europe // Plant and Soil. 2017. V. 411. P. 293–303. https://doi.org/10.1007/s11104-016-3031-x

  40. Hoffland E., Kuyper T.W., Comans R.N.J., Creamer R.E. Eco-functionality of organic matter in soils // Plant and Soil. 2020. V. 455. P. 1–22. https://doi.org/10.1007/s11104-020-04651-9

  41. Janzen H.H. The soil carbon dilemma: Shall we hoard it or use it? // Soil Biol. Biochem. 2006. V. 38(3). P. 419–424. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2005.10.008

  42. Jiang G., Zhang W., Xu M., Kuzyakov Y., Zhang X., Wang J., Di J., Murphy D.V. Manure and mineral fertilizer effects on crop yield and soil carbon sequestration: A meta-analysis and modeling across China // Global Biogeochem. Cycles. 2018. V. 32(11). P. 1659–1672. https://doi.org/10.1029/2018GB005960

  43. Kallenbach C.M., Grandy A.S., Frey S.D, Diefendorf A.F. Microbial physiology and necromass regulate agricultural soil carbon accumulation // Soil Biol. Biochem. 2015. V. 91. P. 279–290. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2015.09.005

  44. Kögel–Knabner I., Wiesmeier M., Mayer S. Mechanisms of soil organic carbon sequestration and implications for management // Understanding and fostering soil carbon sequestration. Ed. by C. Rumpel. Cambridge: Burleigh Dodds Sci. Publ. Lim. 2022. P. 1–36. https://doi.org/10.19103/AS.2022.0106.02

  45. Körschens M. Long-Term Field Experiments (LTEs)–Importance, Overview, Soil Organic Matter // Exploring and Optimizing Agricultural Landscapes. Mueller L. et al. (eds). Springer; Cham. 2021. P. 215–231. https://doi.org/10.1007/978-3-030-67448-9_8

  46. Ladha J.K., Reddy C.K., Padre A.T., van Kessel C. Role of nitrogen fertilization in sustaining organic matter in cultivated soils // J. Environ. Qual. 2011. V. 40(6). P. 1756–1766. https://doi.org/10.2134/jeq2011.0064

  47. Lal R. Soil carbon sequestration to mitigate climate change // Geoderma. 2004. V. 123. P. 1–22. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2004.01.032

  48. Lal R. Managing Soils and Ecosystems for Mitigating Anthropogenic Carbon Emissions and Advancing Global Food Security // BioScience. 2010. V. 60. P. 708–721. https://doi.org/10.1525/bio.2010.60.9.8

  49. Lal R. Digging deeper: A holistic perspective of factors affecting soil organic carbon sequestration in agroecosystems // Global Change Biol. 2018. V. 24(8). P. 3285–3301. https://doi.org/10.1111/gcb.14054

  50. Lal R., Smith P., Jungkunst H.F., Mitsch W.J., Lehmann J., Nair P.K.R., McBratney A.B., de Moraes Sá J.C., Schneider J., Zinn Y.L., Skorupa A.L.A., Zhang H.-L., Minasny B., Srinivasrao C., Ravindranath N.H. The carbon sequestration potential of terrestrial ecosystems // J. Soil Water Conservation. 2018. V. 73(6). P. 145A–152A. https://doi.org/10.2489/jswc.73.6.145A

  51. Lavallee J.M., Soong J.L., Cotrufo M.F. Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral-associated forms to address global change in the 21st century // Global Change Biol. 2020. V. 26(1). P. 261–273. https://doi.org/10.1111/gcb.14859

  52. Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. V. 528, P. 60–68. https://doi.org/10.1038/nature16069

  53. Li B., Song H., Cao W., Wang Y., Chen J., Guo J. Responses of soil organic carbon stock to animal manure application: A new global synthesis integrating the impacts of agricultural managements and environmental conditions // Global Change Biol. 2021. V. 27(20). P. 5356–5367. https://doi.org/10.1111/gcb.15731

  54. Liang C. Soil microbial carbon pump: Mechanism and appraisal // Soil Ecol. Lett. 2020. V. 2(4). P. 241–254. https://doi.org/10.1007/s42832-020-0052-4

  55. Liang C., Amelung W., Lehmann J., Kästner M. Quantitative assessment of microbial necromass contribution to soil organic matter // Global Change Biol. 2019. V. 25(11). P. 3578–3590. https://doi.org/10.1111/gcb.14781

  56. Liang C., Hao X., Schoenau J., Ma B.-L., Zhang T., J. MacDonald D., Chantigny M., Dyck M., Smith W.N., Malhi S.S., Thiagarajan A., Lafond J., Angers D. Manure-induced carbon retention measured from long-term field studies in Canada // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2021. V. 321. P. 107619. https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107619

  57. Lu M., Zhou X., Luo Y., Yang Y., Fang C., Chen J., Li B. Minor stimulation of soil carbon storage by nitrogen addition: a meta-analysis // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2011. V. 140. P. 234–244. https://doi.org/10.1016/j.agee.2010.12.010

  58. Maillard É., Angers D.A. Animal manure application and soil organic carbon stocks. A meta-analysis // Global Change Biol. 2014. V. 20(2). P. 666–679. https://doi.org/10.1111/gcb.12438

  59. Mann L.K. A regional comparison of carbon in cultivated and uncultivated allisols and mollisols in the Central United States // Geoderma. 1985. V. 36(3–4). P. 241–253. https://doi.org/10.1016/0016-7061(85)90005-9

  60. Mann L.K. Changes in soil carbon storage after cultivation // Soil Sci. 1986. V. 142(5). P. 279–288.

  61. Minasny B., Malone B.P., McBratney A.B., Angers D.A., Arrouays D., Chambers A., Chaplot V., Chen Z.S., Cheng K. et al. Soil carbon 4 per mille // Geoderma. 2017. V. 292. P. 59–86. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.01.002

  62. O’Brien P.L., Hatfield J.L. Dairy Manure and Synthetic Fertilizer: A Meta-Analysis of Crop Production and Environmental Quality // Agrosyst. Geosci. Environ. 2019. V. 2. P. 190027. https://doi.org/10.2134/age2019.04.0027

  63. Paustian K., Andren O., Janzen H. H., Lal R., Smith P., Tian G., Tiessen H., Van Noordwijk M., Woomer P.L. Agricultural soils as a sink to mitigate CO2 emissions // Soil Use Management. 1997. V. 13(4). P. 230–244. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.1997.tb00594.x

  64. Ren F., Zhang X., Liu J., Sun N., Sun Z., Wu L., Xu M. A synthetic analysis of livestock manure substitution effects on organic carbon changes in China’s arable topsoil // Catena. 2018. V. 171. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.06.036

  65. Samson M.-E., Chantigny M.H., Vanasse A., Menasseri-Aubry S., Royer I., Angers D.A. Management practices differently affect particulate and mineral-associated organic matter and their precursors in arable soils // Soil Biol. Biochem. 2020. V. 148. P. 107867. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.107867

  66. Sanderman J., Hengl T., Fiske G.J. Soil carbon debt of 12,000 years of human land use //PNAS. 2017. V. 114(36). P. 9575–9580. https://doi.org/10.1073/pnas.1706103114

  67. Schnitzer M., McArthur D.F.E., Schulten H.-R., Kozak L.M., Huang P.M. Long-term cultivation effects on the quantity and quality of organic matter in selected Canadian prairie soils // Geoderma. 2006. V. 130. P. 141–156. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2005.01.021

  68. Sparling G.P. Ratio of microbial biomass carbon to soil organic carbon as a sensitive indicator of changes in soil organic matter // Austral. J. Soil Res. 1992. V. 30(2). P. 195–207. https://doi.org/10.1071/SR9920195

  69. Stewart C.E., Plante A.F., Paustian K., Conant R.T., Six J. Soil carbon saturation: Linking concept and measurable carbon pools // Soil Sci. Soc. Am. J. 2008. V. 72(2). P. 379–392. https://doi.org/10.2136/sssaj2007.0104

  70. Stockmann U., Adams M.A., Crawford, J.W. Field D.J., Henakaarchchi N., Jenkins M., Minasny B., McBratney A.B., de Courcelles V.R., Singh K., Wheeler I., Abbott L., Angers D.A., Baldock J., Bird M., Brookes P.C., Chenu C., Jastrow J.D., Lal R., Lehmann J., O’Donnell A.G., Parton W.J., Whitehead D., Zimmermann M. The knowns, known unknowns and unknowns of sequestration of soil organic carbon // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2013. V. 164. P. 80–99. https://doi.org/10.1016/j.agee.2012.10.001

  71. Tian K., Zhao Y., Xu X., Hai N., Huang B., Deng W. Effects of long-term fertilization and residue management on soil organic carbon changes in paddy soils of China: A meta-analysis // Agriculture, Ecosystems and Environ. 2015. V. 204. P. 40–50. https://doi.org/10.1016/j.agee.2015.02.008

  72. Treseder K.K. Nitrogen additions and microbial biomass: a meta-analysis of ecosystem studies // Ecology Lett. 2008. V. 11(10). P. 1111–1120. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2008.01230.x

  73. Triberti L., Nastri A., Giordani G., Comellini F., Baldoni G., Toderi G. Can mineral and organic fertilization help sequestrate carbon dioxide in cropland? // Eur. J. Agronomy. 2008. V. 29. P. 13–20. https://doi.org/10.1016/j.eja.2008.01.009

  74. Von Lützow M., Kögel-Knabner I., Ekschmitt K., Matzner E., Guggenberger G., Marschner B., Flessa H. Stabilization of organic matter in temperate soils: Mechanisms and their relevance under different soil conditions – a review // Eur. J. Soil Sci. 2006. V. 57. P. 426–445. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2006.00809.x

  75. Wander M. Soil Organic Matter Fractions and Their Relevance to Soil Function // Soil organic matter in sustainable agriculture / Eds. F. Magdoff, R.R. Weil. Boca Raton etc: CRC Press, 2004. P. 67–102. https://doi.org/10.1201/9780203496374

  76. Wei M., Hu G., Wang H., Bai E., Lou Y., Zhang A., Zhuge Y. 35 years of manure and chemical fertilizer application alters soil microbial community composition in a Fluvo-aquic soil in Northern China // Eur. J. Soil Biol. 2017. V. 82. P. 27–34. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2017.08.002

  77. West T.O., Six J. Considering the influence of sequestration duration and carbon saturation on estimates of soil carbon capacity // Climatic Change. 2007. V. 80. P. 25–41. https://doi.org/10.1007/s10584-006-9173-8

Дополнительные материалы

скачать ESM.docx
Приложение 1.
Таблица S1. - Таблица S3.
Рис. S1. - Рис. S3.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал