1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 6, 2023

Почвоведение, 2023, № 6, стр. 703-714

Химическая структура органического вещества агрочерноземов разных позиций на склоне

З. С. Артемьева a, *, Н. Н. Данченко a, Ю. Г. Колягин b, Е. Б. Варламов a, Е. С. Засухина c, Е. В. Цомаева a, Б. М. Когут a

a Почвенный институт им. В.В. Докучаева
119017 Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Россия

b Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

c Федеральный исследовательский центр “Информатика и управление” РАН
119333 Москва, ул. Вавилова, 44, корп. 2, Россия

* E-mail: artemyevazs@mail.ru

Поступила в редакцию 08.12.2022
После доработки 23.12.2022
Принята к публикации 24.12.2022

Аннотация

Методом твердотельной 13C-ЯМР-спектроскопии изучена химическая структура пулов органического вещества (ОВ) пахотных горизонтов полнопрофильного, эродированного и намытого агрочерноземов. Выявлено, что в эрозионной зоне имеют место два конкурирующих процесса, протекающих одновременно: разложение ОВ обнажившегося в результате эрозии ранее нижележащего горизонта и стабилизация вновь поступившего с растительными остатками культурных растений свежего ОВ (динамическое замещение ОВ). Аналитические данные позволяют утверждать, что процессы динамического замещения ОВ в эрозионной зоне эффективно компенсируют процессы разложения ОВ, о чем свидетельствуют максимально высокие величины отношения C/N всех исследованных пулов ОВ эродированного агрочернозема, наряду с отсутствием значимых различий в интегральных показателях их химической структуры. Постоянный вынос верхнего слоя почвы из эродированного агрочернозема с каждым эрозионным событием не позволяет полностью компенсировать потерю количества ОВ в нем. Во время транспортировки эродированного материала в аккумулятивную зону наиболее лабильная часть ОВ может быть минерализована. Соответственно, вновь поступающее в аккумулятивную зону ОВ более трансформировано по сравнению с таковым эродированного агрочернозема. Намытый агрочернозем характеризуется повышенным уровнем накопления органического углерода в почве в целом и во всех исследованных пулах ОВ. Следовательно, постоянное поступление ОВ с эродированной позиции склона с последующим его захоронением после каждого следующего эрозионного события, а также переупаковка/агрегирование вновь отложенного ОВ эффективно способствуют депонированию органического углерода в аккумулятивной зоне.

Ключевые слова: эрозия, стабилизация углерода, гранулоденсиметрическое фракционирование

Список литературы

  1. Артемьева З.С. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-деградированных почв. Автореф. дис. … докт. биол. наук. М., 2008. 48 с.

  2. Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая система почвы. М.: ГЕОС, 2010. 240 с.

  3. Артемьева З.С. Органо-минеральные профили агрогенно-эрозионно-деградированных типичных черноземов Западной части Центрально-Черноземного района // Агрохимия. 2009. № 3. С. 1–8.

  4. Артемьева З.С., Зазовская Э.П., Засухина Е.С., Цомаеваa Е.В. Изотопный состав углерода органического вещества водоустойчивых структурных отдельностей типичного чернозема в контрастных вариантах землепользования // Почвоведение. 2023. № 3. С. 339–352. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601098

  5. Данченко Н.Н., Артемьева З.С., Колягин Ю.Г., Когут Б.М. Сравнительный анализ гумусовых веществ и органического вещества физических фракций чернозема типичного // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1241–1254. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100033

  6. Дымов А.А., Старцев В.В., Горбач Н.М., Паюсова И.В., Габов Д.Н., Доннерхак О. Сравнение методов определения соединений углерода пирогенно измененных органических соединений // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1332–1345. https://doi.org/10.31857/S0032180X2111006X

  7. Ермолаев О.П. Пояса эрозии в природно-антропогенных ландшафтах речных бассейнов. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1992. 147 с.

  8. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.

  9. Травникова Л.С., Артемьева З.С., Сорокина Н.П. Распределение гранулоденсиметрических фракций в дерново-подзолистых почвах, подверженных плоскостной эрозии // Почвоведение. 2010. № 4. С. 495–504.

  10. Чуков С.Н., Лодыгин Е.Д., Абакумов Е.В. Использование 13С ЯМР-спектроскопии в исследовании органического вещества почв (обзор) // Почвоведение. 2018. № 8. С. 952–964. https://doi.org/10.1134/S0032180X18080026

  11. Angers D.A., Giroux M. Recently deposited organic matter in soil water-stable aggregates // Soil Sci. Soc. Am. J. 1996. V. 60. P. 1547–1551. https://doi.org/10.2136/sssaj1996.03615995006000050037x

  12. Artemyeva Z., Danchenko N., Kolyagin Yu., Kirillova N., Kogut B. Chemical structure of soil organic matter and its role in aggregate formation in Haplic Chernozem under the contrasting land use variants // Catena. 2021. V. 204. P. 105403. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105403

  13. Baldock J.A., Oades J.M., Vassallo A.M., Wilson M.A. Solid-state CP/MAS 13C NMR analysis of bacterial and fungal cultures isolated from a soil incubated with glucose // Austr. J. Soil Res. 1990. V. 28. P. 213–225. https://doi.org/10.1071/SR9900213

  14. Berhe A.A., Harden J.W., Torn M.S., Kleber M., Burton S.D., Harte J. Persistence of soil organic matter in eroding vs. depositional landform positions // J. Geophys. Res. Biogeosciences. 2012. V. 117. P. G02019. https://doi.org/10.1029/2011JG001790

  15. Berhe A.A., Harte J., Harden J.W., Torn M.S. The significance of the erosion induced terrestrial carbon sink // Bioscience. 2007. V. 57. P. 337–346. https://doi.org/10.1641/B570408

  16. Berhe A.A., Kleber M. Erosion, deposition, and the persistence of soil organic matter: Mechanistic considerations and problems with terminology // Earth Surf. Process. Landf. 2013. V. 38. P. 908–912. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.12.005

  17. Billings S.A., Buddemeier R.W., Richter D.B., Van Oost K., Bohling G. A simple method for estimating the influence of eroding soil profiles on atmospheric CO2 // Global Biogeochem. Cycles. 2010. V. 24. P. GB2001. https://doi.org/10.1029/2009GB003560

  18. Cheng W., Johnson D.W., Fu Sh. Rhizosphere Effects on Decomposition // Soil Sci. Soc. Am. J. 2003. V. 67(5). P. 1405–1417. https://doi.org/10.2136/sssaj2003.1418

  19. Doetterl S., Berhe A.A., Nadeu E., Wang Z., Sommer M., Fiener P. Erosion, deposition and soil carbon: A review of process-level controls, experimental tools and models to address C cycling in dynamic landscapes // Earth-Science Rev. 2016. V. 154. P. 102–122. https://doi.org/10.1016/J.EARSCIREV.2015.12.005

  20. Fiener P., Dlugoß V., Van Oost K. Erosion-induced carbon redistribution, burial and mineralisation – Is the episodic nature of erosion processes important? // Catena. 2015. V. 133. P. 282–292. https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.027

  21. Fontaine S., Barot S. Size and functional diversity of microbe populations control plant persistence and long-term soil carbon accumulation // Ecol. Lett. 2005. V. 7. P. 1075–1087. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2005.00813.x

  22. Fontaine S., Barot S., Barre P., Bdioui N., Mary B., Rumpel C. Stability of organic carbon in deep soil layers controlled by fresh carbon supply // Nature. 2007. V. 450. P. 277–280. https://doi.org/10.1038/nature06275

  23. Jakab G., Szabó J., Szalai Z., Mészáros E., Madarász B., Centeri C., Szabó B., Németh T., Sipos P. Changes in organic carbon concentration and organic matter compound of erosion-delivered soil aggregates // Environ. Earth Sci. 2016. V. 75. P. 144. https://doi.org/10.1007/s12665-015-5052-9

  24. Jastrow J.D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral-associated organic matter // Soil Biol. Biochem. 1996. V. 28. P. 665–676. https://doi.org/10.1016/0038-0717(95)00159-X

  25. Golchin A., Clarke P., Oades J.M. The heterogeneous nature of microbial products as shown by solid-state C-13 CP/MAS NMR spectroscopy // Biogeochem. 1996. V. 34. P. 71–97. https://doi.org/10.1007/BF02180974

  26. Gregorich E.G., Greer K.J., Anderson D.W., Liang B.C. Carbon distribution and losses, erosion and deposition effects // Soil Till. Res. 1998. V. 47(3). P. 291–302. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(98)00117-2

  27. Harden J.W., Sharpe J.M., Parton W.J., Ojima D.S., Fries T.L., Huntington T.G., Dabney S.M. Dynamic replacement and loss of soil carbon on eroding cropland // Glob. Biogeochem. Cycles. 1999. V. 13(4). P. 885–901. https://doi.org/10.1029/1999GB900061

  28. Hatcher P.G., Schnitzer M., Dennis L.W., Maciel G.E. Aromaticity of humic substances in soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. V. 45. P. 1089–1094. https://doi.org/10.2136/sssaj1981.03615995004500060016x

  29. Kuhn N.J. Erodibility of soil and organic matter, independence of organic matter resistance to interrill erosion // Earth Surface Processes and Landforms. 2007. V. 32(5). P. 794–802. https://doi.org/10.1002/esp.1486

  30. Kuhn N.J., Hoffmann T., Schwanghart W., Dotterweich M. Agricultural soil erosion and global carbon cycle, controversy over? // Earth Surface Processes and Landforms. 2009. V. 34. P. 1033–1038. https://doi.org/10.1002/esp.1796

  31. Kuzyakov Y., Friedel J.K., Stahr K. Review of mechanisms and quantication of priming effects // Soil Biol. Biochem. 2000. V. 32. P. 485–1498. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00084-5

  32. Lal R. Soil erosion and the global carbon budget // Environ. Int. 2003. V. 29(4). P. 437–450. https://doi.org/10.1016/S0160-4120(02)00192-7

  33. Liu S., Bliss N., Sundquist E., Huntington TG. Modeling carbon dynamics in vegetation and soil under the impact of soil erosion and deposition // Glob. Biogeochem. Cycles. 2003. V. 17(2). P. 1074. https://doi.org/10.1029/2002GB002010

  34. Masiello C.A., Chadwick O.A., Southon J., Torn M.S., Harden J.W. Weathering controls on mechanisms of carbon storage in grassland soils // Global Biogeochem. Cycles. 2004. V. 18(4). P. GB4023. https://doi.org/10.1029/2004GB002219

  35. McCarty G.W., Ritchie J.C. Impact of soil movement on carbon sequestration in agricultural ecosystems // Environ. Poll. 2002. V. 116. P. 423–430. https://doi.org/10.1016/s0269-7491(01)00219-6

  36. Smith S.V., Renwick W.H., Buddemeier R.W., Crossland C. Budgets of soil erosion and deposition for sediments and sedimentary organic carbon across the conterminous United States // Glob. Biogeochem. Cycles. 2001. V. 15. P. 697–707. https://doi.org/10.1029/2000GB001341

  37. Stallard R.F. Terrestrial sedimentation and the carbon cycle: Coupling weathering and erosion to carbon burial // Glob. Biogeochem. Cycles. 1998. V. 12. P. 231–257. https://doi.org/10.1029/98GB00741

  38. van Veen J.A., Paul E.A. Organic carbon dynamics in grassland soils. 1. Background information and computer simulation // Can. J. Soil Sci. 1981. V. 61. P. 185–201. https://doi.org/10.4141/CJSS81-024

  39. World reference base for soil resources 2014. A framework for international classification, correlation and communication, Word Soil Resource Report 106. FAO. Rome. 2014. 181 p.

  40. Xu S., Silveira M.L., Ngatia L.W., Normand A.E., Sollenberger L.E., Reddy K.R. Carbon and nitrogen pools in aggregate size fractions as affected by sieving method and land use intensification // Geoderma. 2017. V. 305. P. 70–79. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.05.044

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал