ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ НА СЕРЫХ ЛЕСНЫХ И ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ

Известно: Необходимо: Агроценозы – экосистемы с наиболее динамично изменяющимся органическим веществом почвы. Потеря гумуса в пахотных почвах при нерациональном использовании приводит к снижению плодородия и превращает агроэкосистему в источник парниковых газов, а повышение продуктивности агроценозов способствует связыванию атмосферного СО 2 и превращению почвы в сток углерода. Для предотвращения потерь гумуса из почвы наиболее предпочтительна аккумуляция гумуса в устойчивых формах. Разделение органического вещества почвы на лабильный и устойчивый пулы проводится по математической модели цикла углерода. Разделить органическое вещество почвы на гомогенные пулы с определенной константой разложения при помощи фракционирования. Экспериментально оценить влияние экологических факторов на изменение скоростей разложения лабильного и устойчивого пулов органического вещества почвы.

УСТОЙЧИВЫЙ ГУМУС ЛАБИЛЬНЫЙ ГУМУС СО 2 МОДЕЛЬ РАЗЛОЖЕНИЯ: ДВА ПУЛА И ДВА ПОТОКА k1k1 k2k2

C орг =1-A 0 e -k1t -(1-A 0 ) e -k2t Аппроксимация кумулятивного дыхания почвы

Известно: Необходимо: Разделение органического вещества почвы на лабильный и устойчивый пулы проводится по математической модели цикла углерода. Оценки влияния последствий глобального потепления на скорость разложения лабильного и устойчивого органического вещества почвы противоречивы. Предполагается равный отклик лабильного и устойчивого органического углерода на прогнозируемые изменения климата. Экспериментально разделить органическое вещество почвы на гомогенные пулы с определенной константой разложения при помощи фракционирования. Оценить скорости разложения и времена обновления лабильного и устойчивого пулов углерода и изучить механизмы стабилизации органического вещества почвы

Естественное обогащение 13 С в С 3 и С 4 растениях (Ehleringer & Cerling, 2002) C % 13 C %1.0968%

Фитоценоз AФитоценоз B AB B B A0A0 A A Изменение 13 C в почве при С3-С4 переходе Замена углерода почвы, образовавшегося при разложении фитомассы A углеродом из фитомассы B (Balesdent and Mariotti, 1996)

Принцип расчета С3С3 С4С почвенный С растительный С t3 t2 M t =1-M 0 e -kt k = –ln(1 – M t /100)/t MRT*= 1/k t1 *MRT (mean residence time) – среднее время обновления

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ: - 40-летняя монокультура кукурузы на выщелоченном черноземе, Воронежская область, контроль без удобрений и N 120 PK - 5-летний микрополевой опыт с разложением растительных остатков кукурузы в парующей серой лесной почве, г. Пущино в количестве 380 и 1160 гС/м 2 ежегодно

Скорость обновления органического вещества почвы ВариантСорг.C кукурузыMRT, Слой см; кгC/м 2 лет Чернозем, 40 летняя монокультура кукурузы Контроль27,2+4,10,75+0, N120PK28,6+8,30,84+0, Серая лесная почва, разложение раст. остатков кукурузы в течение 5 лет Контроль 6, ,45+0,0864,5+2,5

Скорость обновления органического вещества выщелоченного чернозема ГлубинаСкукур./Сорг.,%k, лет -1 MRT, летMRT 14 C * 0-205,60, ,70, ,40, * Чичагова, Черкинский, 1988

Почва Легкая фракция m; Песок m Крупная пыль + OВ ( m) Средняя пыль + OВ (5-10 m) Тонкая пыль+OВ (1-5 m ) Ил + OВ (0.2-1 m) Растирание/Обработка ультразвуком Флотация в воде Седиментация Гранулометрическое фракционирование Инкубирование фракций в течение 365 суток при 22 о С и 70% ППВ Определение изотопного состава фракций

Разложение растительных остатков Потери в атмосферу CO 2 Миграция С в растворенном виде и сорбция на почвенных частицах C подстилки Разложение подстилки Поступление C в почву в виде неразложившихся фрагментов опада – так называемая легкая фракция Куда поступает углерод ? CO 2

Распределение 13 С по гранулометрическим фракциям серой лесной почвы после 5-летнего разложения растительных остатков кукурузы Фракция, ммВесовой %Сорг.,% 13С 1-0,1 легкая фр.2,57,1-17,6 1-0,1 песок5,91,9-20,5 0,1-0,01 крупн.пыль56,60,6-20,7 0,01-0,005 средн. пыль5,42,5-22,6 0,005-0,001 тонк. пыль12,63,9-23,1

Распределение лабильного (С4) и устойчивого (С3) углерода в легкой фракции чернозема и серой лесной почвы Серая лесная почва, 5 лет разложения раст. остатков кукурузы Чернозем, 40-летняя монокультура кукурузы

Распределение общего и лабильного (С4) углерода во фракциях серой лесной почвы в слое 0-20 см после 5-летнего разложения растительных остатков кукурузы

Среднее время обновления фракций в серой лесной почве в слое 0-20см

Распределение общего и лабильного (С4) углерода во фракциях выщелоченного чернозема в слое 0-20см под 40-летней монокультурой кукурузы

Среднее время обновления фракций в черноземе в слое 0-20 см

Потери С-СО 2 в процессе инкубирования фракций серой лесной почвы Собщ С-С4

Выводы: 1. Органическое вещество выщелоченных черноземов обладает высокой устойчивостью к изменениям продуктивности агроэкосистем по сравнению с серыми лесными почвами: среднее время обновления углерода почвы в черноземах составило лет, в то время как в серой лесной почве – 65 лет. 2. Максимальная скорость обновления углерода наблюдается в легких фракциях, минимальная – в органо-минеральных соединениях почвы, входящих в состав тонкой пыли. 3.Органическое вещество грануло- денситометрических фракций гетерогенно по скорости разложения, наибольшую неоднородность проявили тонкие фракции.

Благодарю за внимание