Взаимосвязи дыхания чернозема с составом органического вещества почвы в условиях центральной лесостепи Западной Сибири

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017; : 6-16

Взаимосвязи дыхания чернозема с составом органического вещества почвы в условиях центральной лесостепи Западной Сибири

Шепелев А. Г., Самохвалова Л. М.

https://doi.org/10.17223/19988591/37/1

Аннотация

Представлены данные полевых экспериментов и рассмотрены различные фракции легкоминерализуемого органического вещества почвы, оказывающие влияние на дыхание чернозема выщелоченного в период май-сентябрь. Суммарные потери углерода в виде СО₂ из почвы зернового агроценоза определялись поступлением свежих растительных остатков в почву и зависели в большей степени от углерода мортмассы и детрита. Для оценки зависимости изучаемых показателей использовались коэффициенты корреляции и регрессионные модели, принятые в статистическом анализе. Полученные регрессионные уравнения показали прямолинейную зависимость между дыханием почвы и фракциями легкоминерализуемого органического вещества. Результаты исследования свидетельствуют о том, что в первую очередь из состава органического вещества почвы расходуется фракция углерода мортмассы.

Список литературы

1. Титлянова А.А., Кирюшин В.И., Охинько И.П., Андриевский В.С., Афанасьев Н.А., Быкадорова Л.В., Гантимурова Н.И., Клевенская И.Л., Лебедева И.Н., Линник В.Г., Мордкович В.Г., Мордкович Г.Д., Наумов А.В., Ревенский Л.Е., Тихомирова Н.А., Фролова Р.А., Шибарева С.В., Шушуева М.Г. Агроценозы степной зоны. Новосибирск : Наука, 1984. 246 с.

2. Шарков И.Н. Удобрения и проблема гумуса в почвах // Почвоведение. 1987. № 11. С. 70-81.

3. Шарков И.Н., Букреева С.Л., Данилова А.А. Роль легкоминерализуемого органического вещества в стабилизации запасов углерода в пахотных почвах // Сибирский экологический журнал. 1997. № 4. С. 363-368.

4. Paterson E., Sim A. Soil-specific response functions of organic matter mineralization to the availability of labile carbon // Global Change Biology. 2013. Vol. 19, № 5. PP. 1562-1571.

5. Jong E., Schappert H.J.V., Macdonald K.B. Carbon dioxide evolution from virgin and cultivated soil as affected by management practices and climate // Can. J. Soil Sci. 1974. Vol. 54, № 3. PP. 299-307.

6. Singh J.S., Gupta S.R. Plant decomposition and soil respiration in terrestrial ecosystems // Bot. Rev. 1977. Vol. 43, № 4. PP. 449-528.

7. Buyanovsky С.А., Wagner C.H. Annual cycles of carbon dioxide level in soil air // Soil Sci. Soc. Am. J. 1983. Vol. 47, № 6. PP. 1139-1145.

8. Макаров Б.Н. Газовый режим почвы. М. : Агропромиздат, 1988. 104 с.

9. Kurganova I.N., Kudeyarov V.N., Lopes De Gerenyu V.O. Updated estimate of carbon balance on Russian territory // Tellus, series B: chemical and physical meteorology. 2010. Vol. 62, № 5. PP. 497-505.'

10. Lecki N.A., Creed I.F. Forest soil CO₂ efflux models improved by incorporating topographic controls on carbon content and sorption capacity of soils // Biogeochemistry. 2016. Vol. 129. PP. 307-323.

11. Giardina C.P., Litton C.M., Crow S.E., Asner G.P. Warming-related increases in soil CO2 efflux are explained by increased below-ground carbon flux // Nature Climate Change. 2014. Vol. 4. PP. 822-827.

12. Qiao N., Schaefer D., Blagodatskaya E., Zou X., Xu X., Kuzyakov Ya. Labile carbon retention compensates for CO₂ released by priming in forest soils // Global Change Biology. 2013. Vol. 20, № 6. PP. 19423-1954.

13. Stockmann U., Adams M.A., Crawford J.W., Field D.J., Henakaarchchi N., Jenkins M., Minasny B., McBratney A.B., Remy de Courcelles V. de, 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. Vol. 164. PP. 80-99.

14. Riley W.J., Maggi F., Kleber M., Torn M.S., Tang J.Y., Dwivedi D., Guerry N. Long residence times of rapidly decomposable soil organic matter: application of a multi-phase, multi-component, and vertically resolved model (BAMS1) to soil carbon dynamics // Geosci. Model Dev. 2014. Vol. 7. PP. 1335-1355.

15. Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. Vol. 528. PP. 60-68.

16. Почвенно-географическое районирование СССP (в связи с сельскохозяйственным использованием земель) / отв. ред. П.А. Летунов. М. : Издательство Академии наук СССР 1962. 422 с.

17. Шарков И.Н. Абсорбционный метод определения эмиссии СО2 из почв // Методы исследований органического вещества почв. М. : Pоссельхозакадемия, ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. С. 401-407.

18. Никитин Б.А. Метод определения гумуса почвы // Агрохимия. 1999. № 5. С. 91-93.

19. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование. Л. : Наука, 1980. 220 с.

20. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В. Метод определения содержания и состава мобильных форм органических веществ в почвах // Известия ТСХА. 1987. Вып. 1. С. 173-177.

21. Шарков И.Н., Самохвалова Л.М., Шепелев А.Г. Изучение изменений содержания лабильного органического вещества в почве при использовании ее в различных севооборотах // Проблемы рационального использования малоплодородных земель: материалы междунар. науч.-практ. конф. Омск, 2009. С. 98-102.

22. Ганжара Н.Ф. Почвоведение. М. : Агроконсалт, 2001. 392 с.

23. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / В.Н. Кудеяров, Г.А. Заварзин, С.А. Благодатский, А.В. Борисов, П.Ю. Воронин, В.А. Демкин, Т.С. Демкина, И.В. Евдокимов, Д.Г. Замолодчиков, Д.В. Карелин, А.С. Комаров, И.Н. Курганова, А.А. Ларионова, В.О. Лопес де Гереню, А.И. Уткин, О.Г. Чертов ; отв. ред. Г.А. Заварзин. М. : Наука, 2007. 315 с.

24. Шарков И.Н. Влияние ежегодного внесения растительных остатков на накопление органического вещества в почве (опыты с 14С) // Почвоведение. 1996. № 9. C. 10731077.

25. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Географические закономерности распределения и обновления легкоразлагаемого органического вещества целинных и пахотных почв зонального ряда европейской части России // Почвоведение. 2008. № 9. С. 1071-1078.

26. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М. : ГЕОС, 2015. 233 с.

27. Lupwayi N.Z., Rica W.A., Clayton G.W. Soil microbial biomass and carbon dioxide flux, under whear as influenced by tillage and crop rotation // Can. J. Soi1. Sci. 1999. Vol. 79, № 2. PP. 273-280.

28. Фрунзе Н.И. Интенсивность выделения диоксида углерода из чернозёма карбонатного при внесении удобрений // Агрохимия. 2007. № 2. С. 43-48.

29. Jan van Groenigen K., Qi X., Osenberg C.W., Luo Y., Hungate B.A. Faster Decomposition Under Increased Atmospheric CO2 Limits Soil Carbon Storage // Science. 2014. Vol. 344. PP. 508-509.

Tomsk State University Journal of Biology. 2017; : 6-16

Relationship between chernozem respiration and soil organic matter composition in the central forest-steppe of Western Siberia

Shepelev A. G., Samokhvalova L. M.

https://doi.org/10.17223/19988591/37/1

Abstract

The aim of this work was to identify the relationship between the total loss of carbon in the form of CO₂ and fractions of easily mineralized soil organic matter (labile carbon, mortmass carbon, detritus carbon) by solving regression equations. It was also important to understand which of the above-mentioned fractions has a greater impact on soil respiration in the central forest-steppe of Western Siberia. We carried out investigations in the period of 2007-2009, in a multivariate stationary field experiment, started in 2001 on leached chernozem in Novosibirsk oblast (south of the city of Novosibirsk), on the left bank of the Ob' river (54°55'26.6"N, 82⁰5711.1"E). In the soil-geographical zoning, the studied area belongs to the subboreal zone of the Central forest-steppe and steppe areas and the Prealtay forest-steppe zone of chernozems of podzolized, leached and grey forest soils. In our experiments (on average through 3 years of studies), we observed a general soil respiration vector in agrocenosis, and depending on the year of monitoring, variation of monthly C-CO₂ loss dynamics in different ranges. The average data for the entire period of observations showed that the smallest carbon losses were recorded in May. With the establishment of the equilibrium state of soil in June, CO₂ emissions increased by 59% compared with May. Carbon loss increased even more significantly in July, because at this period microbiological activity is at its highest. Compared with July, a decrease in carbon mineralization loss from soil organic matter by 17% was recorded in August. In September, CO₂ emission was close to the values of May. Certainly, soil respiration depends on a number of other reasons, the most significant of them being the release of plant residues left after harvesting into agrocenosis soil. Our research shows that the dependence between the response of soil respiration and labile carbon is weak - r²=0.2, for organic carbon, mortmass carbon and detritus carbon there exists high dependence - r²=0.4-0.6. The experimental dependence of the parameters was evaluated by correlation coefficients, which ranged from 0.4 to 0.8 -the average relationship. The constructed model did not reveal statistically significant connection of soil respiration with the studied easily mineralized soil organic matter fractions, because the significance levels exceeded 0.05, therefore, the contribution of fractions to soil respiration was minimal. This may be due to the gradual process of destruction of soil organic matter fractions different in their degree of stability. In the beginning, easily mineralized fractions are used, and after their loss, stable compounds are included in the mineralization process. Regression equations describing soil respiration with easily mineralized organic matter fractions showed linear relationship, indicating a significant loss of carbon as a result of soil organic matter mineralization. Our regression analysis showed a predominance of the role of mortmass carbon in carbon total losses in the form of CO₂ from the leached chernozem as compared to the labile carbon fraction.

References

1. Titlyanova A.A., Kiryushin V.I., Okhin'ko I.P., Andrievskii V.S., Afanas'ev N.A., Bykadorova L.V., Gantimurova N.I., Klevenskaya I.L., Lebedeva I.N., Linnik V.G., Mordkovich V.G., Mordkovich G.D., Naumov A.V., Revenskii L.E., Tikhomirova N.A., Frolova R.A., Shibareva S.V., Shushueva M.G. Agrotsenozy stepnoi zony. Novosibirsk : Nauka, 1984. 246 s.

2. Sharkov I.N. Udobreniya i problema gumusa v pochvakh // Pochvovedenie. 1987. № 11. S. 70-81.

3. Sharkov I.N., Bukreeva S.L., Danilova A.A. Rol' legkomineralizuemogo organicheskogo veshchestva v stabilizatsii zapasov ugleroda v pakhotnykh pochvakh // Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 1997. № 4. S. 363-368.

4. Paterson E., Sim A. Soil-specific response functions of organic matter mineralization to the availability of labile carbon // Global Change Biology. 2013. Vol. 19, № 5. PP. 1562-1571.

6. Singh J.S., Gupta S.R. Plant decomposition and soil respiration in terrestrial ecosystems // Bot. Rev. 1977. Vol. 43, № 4. PP. 449-528.

7. Buyanovsky S.A., Wagner C.H. Annual cycles of carbon dioxide level in soil air // Soil Sci. Soc. Am. J. 1983. Vol. 47, № 6. PP. 1139-1145.

8. Makarov B.N. Gazovyi rezhim pochvy. M. : Agropromizdat, 1988. 104 s.

15. Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. Vol. 528. PP. 60-68.

16. Pochvenno-geograficheskoe raionirovanie SSSP (v svyazi s sel'skokhozyaistvennym ispol'zovaniem zemel') / otv. red. P.A. Letunov. M. : Izdatel'stvo Akademii nauk SSSR 1962. 422 s.

17. Sharkov I.N. Absorbtsionnyi metod opredeleniya emissii SO2 iz pochv // Metody issledovanii organicheskogo veshchestva pochv. M. : Possel'khozakademiya, GNU VNIPTIOU, 2005. S. 401-407.

18. Nikitin B.A. Metod opredeleniya gumusa pochvy // Agrokhimiya. 1999. № 5. S. 91-93.

19. Ponomareva V.V., Plotnikova T.A. Gumus i pochvoobrazovanie. L. : Nauka, 1980. 220 s.

20. Ganzhara N.F., Borisov B.A., Shevchenko A.V. Metod opredeleniya soderzhaniya i sostava mobil'nykh form organicheskikh veshchestv v pochvakh // Izvestiya TSKhA. 1987. Vyp. 1. S. 173-177.

21. Sharkov I.N., Samokhvalova L.M., Shepelev A.G. Izuchenie izmenenii soderzhaniya labil'nogo organicheskogo veshchestva v pochve pri ispol'zovanii ee v razlichnykh sevooborotakh // Problemy ratsional'nogo ispol'zovaniya maloplodorodnykh zemel': materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Omsk, 2009. S. 98-102.

22. Ganzhara N.F. Pochvovedenie. M. : Agrokonsalt, 2001. 392 s.

23. Puly i potoki ugleroda v nazemnykh ekosistemakh Rossii / V.N. Kudeyarov, G.A. Zavarzin, S.A. Blagodatskii, A.V. Borisov, P.Yu. Voronin, V.A. Demkin, T.S. Demkina, I.V. Evdokimov, D.G. Zamolodchikov, D.V. Karelin, A.S. Komarov, I.N. Kurganova, A.A. Larionova, V.O. Lopes de Gerenyu, A.I. Utkin, O.G. Chertov ; otv. red. G.A. Zavarzin. M. : Nauka, 2007. 315 s.

24. Sharkov I.N. Vliyanie ezhegodnogo vneseniya rastitel'nykh ostatkov na nakoplenie organicheskogo veshchestva v pochve (opyty s 14S) // Pochvovedenie. 1996. № 9. C. 10731077.

25. Borisov B.A., Ganzhara N.F. Geograficheskie zakonomernosti raspredeleniya i obnovleniya legkorazlagaemogo organicheskogo veshchestva tselinnykh i pakhotnykh pochv zonal'nogo ryada evropeiskoi chasti Rossii // Pochvovedenie. 2008. № 9. S. 1071-1078.

26. Semenov V.M., Kogut B.M. Pochvennoe organicheskoe veshchestvo. M. : GEOS, 2015. 233 s.

28. Frunze N.I. Intensivnost' vydeleniya dioksida ugleroda iz chernozema karbonatnogo pri vnesenii udobrenii // Agrokhimiya. 2007. № 2. S. 43-48.

29. Jan van Groenigen K., Qi X., Osenberg C.W., Luo Y., Hungate B.A. Faster Decomposition Under Increased Atmospheric CO2 Limits Soil Carbon Storage // Science. 2014. Vol. 344. PP. 508-509.

Взаимосвязи дыхания чернозема с составом органического вещества почвы в условиях центральной лесостепи Западной Сибири

Аннотация

Relationship between chernozem respiration and soil organic matter composition in the central forest-steppe of Western Siberia

Abstract

События

EasyCookieInfo