Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ЭМИССИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ИЗ ПОЧВ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ЮГА ПРИМОРЬЯ

Пуртова Л.Н. 1 Костенков Н.М. 1 Семаль В.А. 1 Комачкова И.В. 1
1 ФГУН «Биолого-почвенный институт» ДВО РАН
Представлены результаты исследований эмиссии СО2 из почв природных и агрогенных ландшафтов юга Приморья абсорбционным методом в условиях in exp. Установлено, что большие показатели эмиссии СО2 свойственны для почв природных ландшафтов с высоким уровнем содержания гумуса. Отмечено снижение эмиссии СО2 во всех исследуемых почвах при 100 % полевой влагоемкости. В почвах агрогенных ландшафтов с посевами бобовых трав зафиксировано возрастание потерь СО2, из-за усиления минерализационных процессов в результате активизации микрофлоры и ферментативной активности почв. Внесение минеральных удобрений в стандартных дозах в почвах вызвало активизацию процессов эмиссии СО2. Установлен ряд средних показателей потерь С–СО2: бурозем темный > бурозем типичный > агротемногумусовая глеевая почва > агротемногумусовый подбел.
почва
гумус
эмиссия СО2
ландшафт
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М: МГУ, 1970. – 487 с.
2. Голодяев Г.П. Биологическая активность горно-лесных почв южного Приморья // Вопросы численности, биомассы и продуктивности почвенных микроорганизмов. – Л.: Наука, 1972. – С. 240–246.
3. Классификация и диагностика почв России. – М.: Изд-во Ойкумена, 2004. – 341с.
4. Кудеяров В.Н., Курганова И.Н. Дыхание почв России. Анализ базы данных многолетнего мониторинга. Общая оценка // Почвоведение. – 2005. – № 9. – С. 1112–1121.
5. Кудеяров В.Н. Вклад почвенного покрова России в мировой биогеохимический цикл углерода // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. – М.: Наука, 2006. – С. 345–361.
6. Курганова И.Н., Кудеяров В.Н. Оценка потоков диоксида углерода из почв таежной зоны России // Почвоведение. – 1998. – № 9. – С. 1958–1070.
7. Методы почвенной микробиологии и биохимии; под ред Звягинцева. – М: МГУ, 1991. – 304 с.
8. Наумов А.В. Дыхание почвы. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. – 208 с.
9. Неунылов Б.А., Хавкина Н.В. Изучение скорости разложения и процессов превращения в почве органического вещества, меченного С14 // Почвоведение. – 1968. – № 2. – С. 103–108.
10. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. – 2004. – № 8. – С. 918–926.
11. Пуртова Л.Н., Костенков Н.М. Содержание органического углерода и энергозапасы в почвах природных и агрогенных лвандшафтов юга Дальнего Востока России. – Владивосток: Дальнаука, 2009. – 123 с.
12. Сморкалов И.А., Воробейчик Е.Л. Почвенное дыхание лесных экосистем в градиентах загрязнения среды выбросами медеплавильных заводов // Экология. – 2011. – № 6. – С. 429–435.
13. Чимитдоржиева Э.О., Чимитдоржиева Г.Д. Особенности эмиссии углекислого газа из мучнистокарбонатных черноземов Тунгусской котловины Забайкалья // Агрохимия. – 2010. – № 11. – С. 45–49.
14. Шарков И.Н. Сравнительная характеристика двух модификаций абсорбционного метода определения дыхания почв // Почвоведение. – 1987. – № 10. – С. 153–157.
15. Щапова Л.Н. Микрофлора почв юга Дальнего Востока России. – Владивосток: Изд-во ДВО РАН, 1994. – 172 с.
16. Raich J.W., Tufwkcioglu D. Vegetation and soil respiration: correlation and controls. – 2000. –Vol.48. – P. 71–90.

В настоящее время к числу глобальных современных экологических проблем относится увеличивающаяся концентрация в атмосфере парниковых газов, среди которых диоксид углерода играет главную роль [9]. Эмиссия с поверхности почв потоков СО2 является одним из самых мощных источников углекислоты, и незначительное нарушение почвенного дыхания может привести к серьезным нарушениям в атмосфере [4]. Показатели почвенного дыхания широко используются для оценки продуктивности экосистем, а также для анализа активности почвенных микробоценозов. Выделение углекислоты может быть объективным индикатором интенсивности разложения органического вещества почвы и позволяет охарактеризовать одну из важнейших сторон биологического круговорота веществ. В России и за рубежом успешное применение нашли методы измерения эмиссии СО2 in sity [4, 5, 6, 12, 16]. В автоморфных почвах СО2 − практически единственное летучее соединение, в виде которого происходят потери углерода. В связи с этим исследование динамики скорости продуцирования углекислоты дает представление не только о напряженности биологических процессов, но и позволяет оценить потери органического вещества вследствие минерализации [4].

В последнее время обращено внимание на использование абсорбционного метода при исследовании эмиссии СО2 из почв [13, 14]. К сожалению, почвы Дальнего Востока являются практически неизученными в отношении почвенного дыхания, что представляет собой основную трудность и увеличивает неопределенность при оценке общего дыхания почв Российской Федерации [4]. Неизученными остаются показатели эмиссии СО2 почв природных и агрогенно-преобразованных ландшафтов юга Приморья, что в значительной степени и определило актуальность данных исследований. Цель работы – количественное определение эмиссии СО2 из почв природных и агрогенно-преобразованных ландшафтов в условиях in exp. В задачу исследований входило изучение изменений в показателях эмиссии СО2 при различных условиях увлажнения почв и типах землепользования (целина, пашня).

Материалы и методы исследований

Объектами исследований явились наиболее распространенные на территории Приморского края почвы природных ландшафтов, сформированные в районе Лазовского государственного природного заповедника им. Л.Г. Капланова под дубовым лесом с примесью березы и клена. Согласно современной классификации [3] для поверхностных горизонтов бурозема типичного со следующим морфологическим строением профиля: AY (0–15 cм) – BM (15–88 см) – С (88–120 см) свойственно обилие корневых остатков. В серогумусовой почве на аллювии под кедрово-широколиственным лесом на речной террасе р. Перекатная с профилем, дифференцированным на горизонты: AY (2–12 cм) – АYB (12–24 см) – В (24–48 см) – А [Y] (48–60 см) – IB (60cм и ниже), поверхностный горизонт сильно пронизан корнями с обилием слаборазложившихся растительных остатков. В буроземе темном со следующей дифференциацией профиля: AY (0–16 см) – AB (16–29 см) – BM (29–47 см) – BM (47–73 см), сформированного под дубняком на пологом склоне юго-восточной экспозиции, горизонт AY пронизан мицелием и встречается большое количество полуразложившихся остатков.

Из почв агрогенных ландшафтов исследованы почвы, наиболее используемые в системе земледелия: агротемногумусовые подбелы, профиль которых состоит из горизонтов: PU (25 cм) – Elnng (25–40 см) – BTg (40–65 см) – BTg (55–71 см) – C (75–115 см). Изучены варианты с посевами сои с различными дозами внесения минеральных удобрений по схеме:

1. Контроль.

2. N60P120K120.

3. N30P60K60.

4. N10P25K25.

Исследовались агроземы темногумусовые глеевые с морфологическим строением профиля: PU (23 cм) – AU (23–48 см) – G (48–68 см) – CG (68–98 см) с посевами трав:

1. Клевер.

2. Люцерна.

3. Кострец.

4. Донник.

Эмиссию СО2 определяли абсорбционным методом [14] в условиях in exp. Навеску почвы в количестве 100 г помещали в сосуд-изолятор (d = 10 cм, h = 15 cм), внутрь ставили чашечку (d = 5 cм) с 5 мл 2N NaOH. Повторность опыта трехкратная. Время экспозиции 24, 48 и 192 ч. После чего чашечку извлекали и титровали 0,2 N HCl c фенолфталеином. Выделенное количество СО2 определяли с учетом холостого титрования (щелочь за период экспозиции помещали в сосуд без почвы объемом, равным объему свободного пространства в сосуде). Исследования велись при разном уровне влажности почв с добавлением дистиллированной воды до 100 % полной влагоемкости (ПВ) и 60 % ПВ. Наряду с исследованием эмиссии СО2 из почв определяли показатели каталазной активности почв газометрическим методом [7]. Физико-химические параметры почв – содержание гумуса, − исследовали по методу Тюрина, кислотность почв – потенциометрическим методом [1].

Результаты исследований и их обсуждения

Почвы сформированы в пределах Южно-Приморской (буроземы, серогумусовая почва) и Приморской юго-западной (агротемногумусовые подбелы, агроземы темногумусовые глеевые) гидротермических провинций, для которых свойственно значительное выпадение осадков (от 600 до 800 мм), с суммой активных температур до 2300–2550 °С, высокие показатели радиационного баланса 52,2 ккал/см2 год, с затратами энергии на почвообразование 33,9 (Приморская юго-Западная), 29,9 ккал/см2 год (Южно-Приморская гидротермическая провинция) [11].

Поверхностные горизонты почв природных ландшафтов имеют слабокислую реакцию среды и высокие показатели содержания гумуса. В почвах агрогенных ландшафтов – агротемногумусовых подбелах − наблюдалось возрастание кислотности почв (рНв и рНс), вызванное проведенным ранее их известкованием. Количество гумуса согласно оценочным градациям, предложенным Д.С. Орловым с соавторами [10], низкое (табл. 1). Наблюдения за эмиссией СО2 проводили в лабораторных условиях (ex. sity) при 100 % ПВ и 60 % ПВ. Как показали результаты проведенных исследований, почвы природных и антропогенных ландшафтов существенно различались по количеству продуцируемого СО2. При 60 % ПВ большее количество СО2, выделяемого в течение суток, свойственно для буроземов темных (табл. 2). Это, на наш взгляд, связано с большей микробиологической активностью буроземов [2, 15], а также с обилием органического вещества в их поверхностных горизонтах.

Для буроземов свойственны более высокие показатели каталазной активности почв – 4,0 О2 см3/г за 1 мин, тогда как в агротемногумусовом подбеле и агротемногумусовой глеевой почве каталазная активность почв снижалась до 3,0 О2 см3/г за 1 мин. Для данных типов почв характерно более низкое содержание гумуса в горизонте PU, что явилось, судя по эмиссии СО2, одной из основных причин снижения их биологической активности.

Прослеживалась закономерность к снижению интенсивности почвенного дыхания в почвах агрогенных ландшафтов по сравнению с почвами природных ландшафтов.

Средние показатели потерь С–СО2 при 60 % ПВ изменялись в ряду: бурозем темный – 2,04 г С–СО2 м2/сутки, серогумусовая на аллювии – 1,37, бурозем типичный – 1,09, агрозем темногумусовый глеевый – 0,67, агротемногумусовый подбел – 0,39 г С–СО2 м2/сутки.

При насыщении почв водой до полной влагоемкости (100 % ПВ) резко снизилось количество СО2, выделяемое почвой. Это было характерно как для почв природных, так и антропогенных ландшафтов, и обусловлено созданием анаэробных условий и ухудшением газообмена между почвой и надпочвенным воздухом [9].

Таблица 1

Физико-химические свойства почв природных и агрогенных ландшафтов юга Приморья

Почвы

Горизонт

Глубина, см

рН

Гумус, %

Н2О

КCl

Бурозем темный

AY

AYB

0–16

16–29

4,24

4,18

3,76

3,89

10,73

2,64

Серогумусовая

AY

AYB

0–12

12–24

6,34

5,78

5,95

4,97

22,39*

8,62*

Бурозем

типичный

AY

BM

0–15

15–88

4,74

5,68

3,70

4,46

11,40

2,38

Агротемногумусовый подбел

PU

0–25

7,10

6,60

3,24

Агрозем темногумусовый глеевый

PU

0–25

6,20

5,10

3,37

Примечание. * – потеря при прокаливании.

Таблица 2

Изменение показателей эмиссии СО2 в почвах природных и агрогенных ландшафтов (60 % ПВ и 100 % ПВ)

Почвы

Горизонт

гСО2, м2/сутки

г С–СО2, м2/сутки

гСО2, м2/сутки

гС–СО2, м2/сутки

60 % ПВ

100 % ПВ

Бурозем темный

AY

7,56 ± 1,36

2,04 ± 0,65

2,21 ± 0,54

0,60 ± 0,23

Серогумусовая

AY

5,06 ± 1,42

1,37 ± 0,29

3,48 ± 0,73

0,94 ± 0,27

Бурозем типичный

AY

4,02 ± 1,30

1,09 ± 0,33

3,74 ± 0,49

1,41 ± 0,40

Агротемногумусовый подбел

PU

1,43 ± 0,26

0,39 ± 0,07

0,46 ± 0,07

0,12 ± 0,02

Агрозем темногумусовый глеевый

PU

2,44 ± 0,04

0,67 ± 0,19

0,73 ± 0,09

0,20 ± 0,02

Примечание. ПВ – полная влагоемкость почв.

Тенденция к снижению эмиссии СО2 установлена в агротемногумусовых подбелах в посевах сои с внесением минеральных удобрений, а также в агротемногумусовых глеевых почвах в условиях фитомелиоративного опыта (табл. 3).

Таблица 3

Показатели эмиссии СО2 в почвах агрогенных ландшафтов с применением минеральных удобрений и посевами фитомелиорантов

Почва

Горизонт

Варианты опыта

гСО2, м2/сутки

гСО2, м2/сутки

гСО2, м2/сутки

гСО2, м2/сутки

60 % ПВ

100 % ПВ

Агротемногумусовый подбел

PU

1. Контроль

1,43 + 0,26

0,39 ± 0,07

0,46 ± 0,07

0,13 ± 0,02

2. N60P120K120

1,33 ± 0,25

0,37 ± 0,06

0,67 ± 0,14

0,26 ± 0,04

3. N30P60K60

1,63 ± 0,69

0,45 ± 0,18

0,60 ± 0,04

0,16 ± 0,01

4. N10P25K25

1,30 ± 0,27

0,36 ± 0,07

0,74 ± 0,06

0,20 ± 0,02

Агрозем темногумусовый глеевый

PU

1. Клевер

3,73 ± 0,91

1,02 ± 0,25

0,59 ± 0,27

0,23 ± 0,05

2. Люцерна

3,39 ± 0,67

0,92 ± 0,18

0,82 ± 0,21

0,31 ± 0,03

3. Кострец

1,95 ± 0,85

0,53 ± 0,18

0,60 ± 0,20

0,21 ± 0,03

4. Донник

2,74 ± 0,62

0,75 ± 0,08

0,66 ± 0,17

0,26 ± 0,05

5. Суданская трава

1,03 ± 0,22

0,28 ± 0,06

0,56 ± 0,22

0,19 ± 0,04

6. Гречиха

1,49 ± 0,26

0,40 ± 0,10

0,61 ± 0,18

0,21 ± 0,01

7. Соя

1,03 ± 0,15

0,28 ± 0,04

0,37 ± 0,09

0,14 ± 0,02

Количество выделяемого СО2 при 100 % ПВ уменьшилось наиболее существенно в посевах клевера (в 6 раз), люцерны и донника (в 4 раза), сои (в 3 раза).

На вариантах с посевами сои с внесением минеральных удобрений при 100 % ПВ явное снижение продуцируемого СО2 установлено на контроле и с внесением минеральных удобрений в дозе N30P60K60.

При 60 % ПВ наибольшие потери С–СО2 зафиксированы на вариантах агротемногумусовых глеевых почв с посевами бобовых трав: клевера, люцерны, донника, для которых характерно усиление каталазной активности почв – 4,10; 3,6 и 4,6 О2 см3/г за 1 мин соответственно. Усиление эмиссии СО2, вероятно, обусловлено также более интенсивным развитием минерализационных процессов в результате активной деятельности микрофлоры почв, из-за обогащения почв азотом бобовых трав.

В агротемногумусовых подбелах с посевами сои при 60 % ПВ потери С–СО2 были несколько ниже, чем в агротемногумусовых глеевых почвах с посевами фитомелиорантов. Увеличение эмиссии СО2 по сравнению с контролем зафиксировано на варианте с внесением минеральных удобрений – N30P60K60, количество СО2 в котором возросло с 1,43 до 1,63 г СО2 м2/сутки. На данном варианте опыта отмечался более высокий уровень каталазной активности (4,0), тогда как при внесении минеральных удобрений N60P120K120 и N10P25K25 активность несколько снижалась (3,5 О2 см3/г за 1 мин). Вероятно, внесение более высоких доз минеральных удобрений, так же как и низких, несколько сдерживало развитие минерализационных процессов органического вещества микрофлорой почв.

Выводы

1. Исследованиями эмиссии СО2 абсорбционным методом в условиях in exp. в почвах природных и агрогенных ландшафтов юга Приморья установлено, что большие потери СО2 свойственны для почв природных ландшафтов с высоким уровнем содержания гумуса (бурозем темный, бурозем типичный, серогумусовая на аллювии).

2. Средние показатели потерь С–СО2 изменялись в ряду: бурозем темный – серогумусовая почва – бурозем типичный – агротемногумусовая глеевая – агротемногумусовый подбел.

3. При 100 % ПВ отмечено снижение эмиссии СО2 во всех исследуемых почвах.

4. В почвах агрогенных ландшафтов – агротемногумусовых глеевых с посевами бобовых трав (клевер, люцерна, донник) зафиксированы большие потери СО2 из-за минерализационных процессов в результате активной деятельности микрофлоры и ферментативной (каталазной) активности по сравнению с агротемногумусовыми подбелами с посевами сои.

5. Внесение минеральных удобрений в агротемногумусовые подбелы с посевами сои в дозе N30P60K60 активизировали процессы эмиссии СО2.

6. Для установления основных закономерностей в изучении эмиссии СО2 в течение вегетационного периода с учетом складывающихся климатических изменений и использования почв в системе земледелия на юге Дальнего Востока необходимо проведение дальнейших исследований.

Рецензенты:

Дербенцева А.М., д.с.-х.н., профессор кафедры почвоведения ДВФУ, г. Владивосток;

Осипов С.В., д.б.н., доцент, зав. лаб. биогеографии и экологии ландшафтов Тихоокеанского института географии ДВО РАН, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 10.01.2013.


Библиографическая ссылка

Пуртова Л.Н., Костенков Н.М., Семаль В.А., Комачкова И.В. ЭМИССИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ИЗ ПОЧВ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ЮГА ПРИМОРЬЯ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1-3. – С. 585-589;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30990 (дата обращения: 05.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074