Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ВЛИЯНИЕ ФИТОМЕЛИОРАЦИИ НА ПРОДУЦИРОВАНИЕ СО2 ПОЧВ АГРОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ПРИМОРЬЯ

Пуртова Л.Н. 1 Щапова Л.Н. 1 Комачкова И.В. 1 Емельянов А.Н. 2 Иншакова С.Н. 3
1 ФГБУ науки Биолого-почвенный институт ДВО РАН Владивосток
2 Государственное научное учреждение Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук
3 ФГБОУ ВПО «Приморская государственная сельскохозяйственная академия»
Представлены результаты исследований продуцирования СО2 из почв агрогенных ландшафтов юга Приморья абсорбционным методом в условиях in exp. и in situ. Средняя интенсивность продуцирования СО2 в условиях in situ в агротемногумусовых подбелах характерна для вариантов с посевами клевера (Trifolium pratense), донника (Melilotus albus) и костреца (Bromopsis inermis) с низким содержанием гумуса и средней обогащенностью почв каталазой; более низкая интенсивность свойственна для вариантов с посевами гречихи (Fagopyrum esculentum) с низким уровнем содержания гумуса в почвах и низкой обогащенностью почв каталазой. Большие показатели эмиссии СО2, как и в условиях in situ, из-за усиления минерализационных процессов в результате активизации микрофлоры, установлены для почв со средним уровнем содержания гумуса и каталазной активностью в посевах люцерны (Medicado varia).
почва
гумус
эмиссия СО2
ландшафт
фитомелиорация
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М.: Изд-во МГУ, 1970. – 487 с.
2. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. – Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
3. Кудеяров В.Н., Курганова И.Н. Дыхание почв России. Анализ базы данных многолетнего мониторинга. Общая оценка // Почвоведение. – 2005. № 9. – С. 1112–1121.
4. 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.
5. Методы почвенной микробиологии и биохимии. Под. ред. Звягинцева. – М: МГУ, 1991. 304 с.
6. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. – 2004. № 8. – С. 918–926.
7. Пуртова Л.Н., Щапова Л.Н., Емельянов А.Н., Иншакова С.Н. Изменение показателей гумусного состояния, микрофлоры и ферментативной активности в агроабраземах Приморья в условиях фитомелиоративного опыта.// Аграрный вестник Урала. – 2012. – №10(102). – С.10-12.
8. Чимитдоржиева Э.О., Чимитдоржиева Г.Д. Особенности эмиссии углекислого газа из мучнистокарбонатных черноземов Тунгуской котловины Забайкалья //Агрохимия. – 2010. – № 11. – С.45–49.
9. Шарков И.Н. Сравнительная характеристика двух модификаций абсорбционного метода определения дыхания почв // Почвоведение. – 1987. – № 10. – С.153–157.
10. Bol R., Moering J.,Kuzyakov Y.,Amelung W.Quatification of priming and CO2 respiration sources followingslurry –C incorporation into two grassland soils with different C content // Rapid Communic. In Mass Spectrometry. – 2003. V.17. pp. 2585–2590.
11. Raich J.W., Tufwkcioglu D. Vegetation and soil respiration: correlation and controls. – 2000. – Vol.48. – pp. 71–90.
12. Wang W.J., Baldock J.A., Dalal R.C., Moody P.W. Decomposition dynamics of plant materials inrelation to nitrogen availability and biochemistry determined by NMR and wet-chemical analysis // Soil Biol. Bichem._ 2004.V. 36. pp. 2045–2058.

Фитомелиорация относится к одному из экологически чистых методов улучшения плодородия почв и представляет собой комплекс приемов по улучшению природной среды с помощью культивирования или поддержания растительных сообществ. Многочисленными исследованиями [7, 8, 10, 10-12] отмечено позитивное влияние фитомелиорации на улучшение свойств почв и их плодородие. При использовании фитомелиорантов задействован природный потенциал растений, являющихся одним из главных факторов почвообразования. Однако работ по изучению влияния различных фитомелиорантов на продуцирование СО2 почв, наиболее используемых в земледелии края, не проводилось. Между тем продуцирование с поверхности почв потоков СО2 является одним из самых мощных источников углекислоты [3, 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 situ [3, 4, 8, 10]. В последнее время обращено внимание на использование абсорбционного метода при исследовании эмиссии СО2 из почв [9]. К сожалению, почвы Дальнего Востока являются практически неизученными в отношении почвенного дыхания, что увеличивает неопределенность при оценке общего дыхания почв Российской Федерации [3]. Неизученными остаются показатели эмиссии СО2 почв агрогенно-преобразованных ландшафтов юга Приморья, что в значительной степени и определило актуальность проведения данных исследований.

Цель работы – количественное определение эмиссии СО2 из почв агрогенных ландшафтов с использованием различных фитомелиорантов в условиях in exp. и in situ. В задачу исследований входило изучение изменений в показателях продуцирования СО2 в агрогенных почвах, наиболее используемых в земледелии, с посевами различных фитомелиорантов.

Материалы и методы исследования

Исследования продуцирования СО2 проводили на агротемногумусовой отбеленной почве [2] в условиях микроделяночного опыта с посевами фитомелиорантов: люцерна, кострец, клевер, донник, гречиха и в условиях полевого опыта с посевами люцерны, костреца, клевера на агроземах темногумусовых глеевых. Опыт заложен на опытных полях ПримНИИСХ пос. Тимирязевский, Приморского края. Агротемногумусовая отбеленная почва характеризовалась следующим морфологическим строением профиля: PU (25 cм) – ELng (25-40 cм) – BTg (40 – 65см) – С (75 – 110 см). Для агроземов темногумусовых глеевых свойственно морфологическое строение профиля: РU (23см) – AU (23-48) – G (46-68) – С (68-98 см). Содержание гумуса определяли по бихроматной окисляемости методом Тюрина. Кислотность почв (рНв) исследовали потенциометрически, на рН метре ОР-264 [1]. Каталазную активность определяли с помощью общепринятых методов, для выявления обогащенности почв каталазой использовали шкалу, разработанную Д.Г. Звягинцевым [5].

При изучении продуцирования СО2 в почве использовали абсорбционный метод в условиях in situ и экспериментальный метод в условиях in exp. [9]. В условиях in exp. Навеску почвы в количестве 100 г помещали в сосуд-изолятор (d = 10cм, h = 15 cм), внутрь ставили чашечку (d = 5cм) с 5 мл 1н NaOH. Повторность опыта трехкратная. Время экспозиции 24, 48 и 72 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 с добавлением дистиллированной воды до 60 % полной влагоемкости (ПВ).

В условиях in situ исследования проводили в вегетационный сезон, используя полипропиленовые сосуды (d = 10 cм, h = 15 см ) с крышками. Сосуд – изолятор врезали на глубину 7 см. В месте врезания сосуда-изолятора надземную часть растений срезали на уровне почвы. Время экспозиции 24 ч, продуцирования СО2 определяли абсорбционным методом как и в условиях in situ.

Результаты исследования и их обсуждение

Гумусообразование в исследуемых почвах протекало в условиях слабокислой (агротемногумусовая отбеленная почва) и слабощелочной реакции среды (агрозем темногумусовый глеевый). Содержание гумуса, судя по оценочным градациям, предложенным Д.С.Орловым с соавторами [6], находилось на уровне низких и ниже средних значений (табл. 1).

Проведенной оценкой уровней интенсивности продуцирования СО2 в условиях in situ установлено, что для горизонта РU агротемногумусовых подбелов как для контроля, так и вариантов с посевами гречихи, характерна низкая интенсивность продуцирования СО2 (116,7 и 292,5 мг СО2 м2/ч), для вариантов с посевами донника, клевера и костреца средняя интенсивность (407,9 и 350,2), в посевах люцерны повышенная интенсивность продуцирования СО2 (933,3 мг СО2 м2/ч). При этом для варианта с посевами люцерны свойственны более высокие показатели содержания гумуса (4,17 %) и средние параметры обогащенности почв каталазой (согласно оценочным градациям Д.Г. Звягинцева), – 3,5 О2 см3/1мин [5]. Это указывает на повышенную микробиологическую активность почв и обуславливает более высокий уровень интенсивности продуцирования СО2. Средний уровень обогащенности почв каталазой (3,0 О2 см3/1мин) установлен также для вариантов 1 и 3 с посевами бобовых трав.

Усиление эмиссии СО2 в вариантах 1, 3, 4 связано с более интенсивным развитием минерализационных процессов в результате активной деятельности микрофлоры, из-за обогащенности почв азотом бобовыми травами.

На варианте с посевами гречихи, с более низким уровнем каталазной активности почв (2,8 О2 см3/1 мин) зафиксирована низкая интенсивность продуцирования СО2 почвой.

Средние показатели продуцирования С-СО2 составили на вариантах 1 (клевер) – 1,53 г С-СО2 м2/сутки; 2 (люцерна) – 4,07; 3 (донник) – 1,79; 4 (гречиха) – 1,28; 5(контроль) – 0,76 г С-СО2 м2/сутки.

Исследования, проведенные в условиях in exp, при 24 часовой экспозиции на агротемногумусовой отбеленной почве показали сравнительно близкие результаты на вариантах 2, 4, 5, 6 с полевыми исследованиями in situ в условиях микроделяночного опыта (табл.2). Наибольшие показатели, как в полевых, так и в экспериментальных условиях зафиксированы для вариантов с посевами бобовых трав со средней обогащенностью почв каталазой. С увеличением времени экспозиции c 24 до 72 часов продуцирование СО2 снижалось в посевах люцерны с 2,4 до 0,3 г С-СО2 м2/сутки; костреца с 1,6 до 0,2; клевера 1,8 до 0,3; донника с 1,8 до 0,3; гречихи с 1,2 до 0,2; на контроле с 0,7 до 0,3 г С-СО2 м2/сутки. Многие исследователи высокую эмиссию СО2 вначале экспозиции связывают с усилением дыхательной активности почв после их увлажнения, а также большим количеством легкодоступного углерода сразу после начала инкубации [11]. Высокое продуцирование СО2 в первые сутки эксперимента, является результатом интенсивной минерализации микроорганизмами лабильного пула органического углерода.

Таблица 1

Физико-химические показатели почв с посевами фитомелиорантов

Почва

Горизонт

Варианты

опыта

рНв

Гумус, %

Агротемногумусовый

подбел

PU

1. Люцерна

6.02

4.17

2.Кострец

6.11

3.58

3. Клевер

5.82

3.96

4.Донник

5.86

3.58

5. Гречиха

5.82

3.63

6. Контроль

(без посева трав)

6.05

3.53

Агрозем темногумусовый глеевый

PU

7. Люцерна

7.70

5.31

8.Кострец

7.31

2.95

9. Клевер

7.34

3.31

10.Контроль

7.21

3.38

Таблица 2

Продуцирование СО2 в агротемногумусовой отбеленной почве с посевами фитомелиорантов в условиях in situ и in exp

Почва

Горизонт

Варианты опыта

г С-СО2 м2/сутки

in situ

in exp

Агротемногумусовый подбел

PU

1.Люцерна

4,07

2,4

2.Кострец

1,53

1,58

3.Клевер

1,53

1,86

4.Донник

1,79

1,62

5.Гречиха

1,28

1,15

6.Контроль

0,76

0,75

С увеличением времени экспозиции, из-за сокращения лабильного пула органического углерода в почве, заканчивается и дыхательная активность почв, стабилизируясь на более низком уровне, характерном для стадии разложения веществ, сравнительно устойчивых к биодеградации [12]. Более высокие показатели продуцирования СО2 в агротемногумусовых подбелах в условиях фитомелиоративного опыта свойственны для посевов бобовых трав.

По средним параметрам изменения г С-СО2 м2/сутки в течение трехсуточной экспозиции, в условиях in exp. в исследуемых вариантах, установлен ряд: люцерна (1,1 г С-СО2 м2/сутки) – клевер (0,92) – донник (0,82) – кострец (0,72), гречиха (0,56 г С-СО2 м2/сутки). Следует отметить, что сохранилась сходная закономерность в изменении продуцирования СО2 – наиболее высокие параметры эмиссии СО2 как в условиях in situ, так и in exp. свойственны для посевов бобовых трав в основном со средним уровнем каталазной активности, что указывает на высокую микробиологическую активность почв.

Интенсивность продуцирования СО2 на агротемногумусовых глеевых почвах в посевах бобовых трав, по сравнению с агротемногумусовыми подбелами, была более низкой (табл. 3).

Таблица 3

Продуцирование СО2 в агротемногумусовых глеевых почвах в фитомелиоративном опыте

Почва

Горизонт

Варианты опыта

г C-СО2 м2/сутки

in exp.

Агротемногумусовая

глеевая

PU

1. Контроль

1,15

2. Клевер

1,80

3. Люцерна

2,4

4. Кострец

1,38

Средний уровень эмиссии СО2 зафиксирован на варианте с посевом люцерны. Для данного варианта характерна средняя обогащенность почв каталазой – 4,0 О2 см3 за 1 мин, и средний уровень содержания гумуса. Для остальных вариантов (8, 9, 10) установлена бедная обогащенность почв каталазой, которая составила – контроль – 2,9 О2 см3 за 1 мин; клевер – 2,7; кострец – 2,2 О2 см3 за 1 мин. Содержание гумуса согласно оценочным показателям [6] соответствовало низкому уровню.

Таким образом, как на агротемногумусовых подбелах, так и на агротемногумусовых глеевых почвах с посевами фитомелиорантов сохранилась сходная закономерность в изменении продуцирования СО2 – более высокие показатели эмиссии СО2 свойственны для вариантов с посевами бобовых трав (люцерны).

Выводы

1. Установлены различия в интенсивности продуцирования СО2 в условиях in situ в агротемногумусовых подбелах в вариантах фитомелиоративного опыта. Повышенный уровень продуцирования СО2 свойственен для вариантов с посевами люцерны со средним уровнем содержания гумуса и обогащенностью почв каталазой. Средняя интенсивность продуцирования СО2 характерна для вариантов с посевами клевера, донника и костреца с низким содержанием гумуса и средней обогащенностью почв каталазой; более низкая интенсивность свойственна для вариантов с посевами гречихи – с низким уровнем содержания гумуса в почвах и низкой обогащенностью почв каталазой.

2. В условиях in exp. близкие показатели эмиссии СО2 в агротемногумусовых подбелах установлены при суточной экспозиции. Более высокие показатели продуцирования СО2 , как и в условиях in situ свойственны для вариантов с посевами бобовых трав и обусловлены более интенсивным развитием минерализационных процессов в результате активной деятельности микрофлоры как результата обогащенности почв азотом бобовых трав.

3. В агротемногумусовых глеевых почвах с посевами фитомелиорантов, по сравнению с агротемногумусовыми подбелами интенсивность продуцирования СО2 в посевах бобовых трав снижалась. Более высокие показатели интенсивности продуцирования СО2 в условиях in exp, как и в агротемногумусовых подбелах, зафиксированы на вариантах с посевами люцерны. Для поверхностных горизонтов почв этих вариантов установлен средний уровень содержания гумуса и средняя обогащенность почв каталазой.

4. Проведенными исследованиями выявлены различия в интенсивности продуцирования СО2 в посевах фитомелиорантов в агротемногумусовых глеевых и агротемногумусовых подбелах Приморья. Более высокие показатели потерь СО2 свойственны для посевов бобовых трав (люцерны) и связаны с более высокой ферментативной активностью почв как показателя их высокой микробиологической активности.

Рецензенты:

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

Костенков Н.М., д.б.н., профессор, зав. сектором почвоведения и экологии почв БПИ ДВО РАН, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 24.06.2014.


Библиографическая ссылка

Пуртова Л.Н., Щапова Л.Н., Комачкова И.В., Емельянов А.Н., Иншакова С.Н. ВЛИЯНИЕ ФИТОМЕЛИОРАЦИИ НА ПРОДУЦИРОВАНИЕ СО2 ПОЧВ АГРОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ПРИМОРЬЯ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-3. – С. 580-584;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34891 (дата обращения: 17.09.2021).

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