Органическое вещество почв горных ландшафтов Алтая (на примере Тигирекского заповедника)

Соотношение различных фракций органического вещества почв является индикатором уровня биологической активности и может быть использовано для оценки способности почвы к накоплению устойчивых органических соединений, в том числе депонирования почвой атмосферного углерода. Территория Тигирекского заповедника, являясь примером инварианта ландшафтной структуры высотной поясности, свободным от современного и исторического антропогенного воздействия, позволяет выявить особенности содержания органического углерода различной степени окисляемости, характеризующей соотношение активного, медленного и пассивного пулов органического вещества почв. Показано, что органические соединения почв горно-степного, субальпийского и альпийского поясов характеризуются высокой долей среднеокисляемых соединений (>28%) за счет преобладания в составе растительных сообществ травянистых видов с высоким содержанием целлюлозы и аминосахаров в опаде. Почвы горно-таежных ландшафтов характеризуются большей долей трудноокисляемых соединений (до 60%) в сравнении с почвами горно-степных (до 55%), альпийских и субальпийских ландшафтов (до 27%) за счет преобладания в составе растительных сообществ древесных видов, опад которых обогащен лигнином. Доля трудноокисляемых соединений в горно-степных и горно-таежных почвах возрастает с глубиной. При этом в горно-таежных почвах рост доли трудноокисляемых соединений происходит за счет сокращения среднеокисляемых (с 32 ± 9,1 до 25 ± 7,9%) при относительно стабильной доле легкоокисляемых соединений (около 23%). В горно-степных почвах наблюдается обратная картина – сокращение доли легкоокислямой фракции (с 26 ± 4,5 до 17 ± 4,3%) на фоне относительно стабильной доли среднеокисляемой (около 41%). Для почв альпийских и субальпийских ландшафтов характерна относительная стабильность соотношения легко- (15–25%), средне- (47–60%) и трудноокисляемых (19–31%) соединений органического вещества в пределах почвенного профиля, обусловленная его маломощностью и пониженной активностью микробиоты в условиях кислой / слабокислой реакции среды и неблагоприятных климатических условий.

1. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. М.: Наука, 1980. 288 с.

2. Давыдов Е.А., Бочкарева Е.Н., Черных Д.В. Краткая характеристика природных условий Тигирекского заповедника // Труды Тигирекского заповедника. 2011. № 4. С. 7–19.

3. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). М.: Наука, 1990. 262 с.

4. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск: Ойкумена, 2004. 341 с.

5. Колесников А.И. Декоративная дендрология. М.: Лесная промышленность, 1974. 704 с.

6. Кононова М.М. Формирование гумуса в почве и его разложение // Успехи микробиологии. 1976. Т. 11. С. 134–151.

7. Кречетов П.П., Дианова Т.М. Химия почв. Аналитические методы исследования: учеб. пособие. М.: Географический факультет МГУ, 2009. 148 с.

8. Ларионова А.А., Золотарева Б.Н., Квиткина А.К., Евдокимов И.В., Быховец С.С., Стулин А.Ф., Кузяков Я.В., Кудеяров В.Н. Оценка устойчивости почвенного органического вещества на основе различных видов фракционирования и изотопных методов 13С // Почвоведение. 2015а. № 2. С. 175–187.

9. Ларионова А.А., Золотарева Б.Н., Колягин Ю.Г., Квиткина А.К., Каганов В.В., Кудеяров В.Н. Состав структурных фрагментов и интенсивность минерализации органического вещества почв зонального ряда // Почвоведение. 2015б. № 10. С. 1232–1241.

10. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / В.Н. Кудеяров, Г.А. Заварзин, С.А. Благодатский и др. Ин-т физ.-хим. и биол. проблем почвоведения РАН. М.: Наука, 2007. 315 с.

11. Рубанов Л.Ф., Иванов В.А. Государственный природный заповедник «Тигирекский»: местоположение и границы // Труды Тигирекского заповедника. 2005. № 1. С. 7–10.

12. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А. Роль растительной биомассы в формировании активного пула органического вещества почвы // Почвоведение. 2004. № 11. С. 1350–1359.

13. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А., Ходжаева А.К. Биокинетическая индикация минерализуемого пула органического вещества почвы // Почвоведение. 2007. № 11. С. 1352–1361.

14. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Тулина А.С. Стабилизация органического вещества в почве // Агрохимия. 2009. № 10. С. 77–96.

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

16. Семенов В.М., Тулина А.С. Сравнительная характеристика минерализуемого пула органического вещества в почвах природных и сельскохозяйственных экосистем // Агрохимия. 2011. № 12. С. 53–63.

17. Соколов Д.А. Окислительно-восстановительные процессы в почвах техногенных ландшафтов: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 2009. 18 с.

18. Соколов Д.А. Специфика определения органических веществ педогенной природы в почвах техногенных ландшафтов Кузбасса // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 2. С. 17–25.

19. Усик Н.А., Маслова О.М., Голяков П.В. Сосудистые растения Тигирекского заповедника (аннотированный список видов) // Труды Тигирекского заповедника. 2011. № 4. С. 36–53.

20. Adhikari K., Hartemink A.E. Linking soils to ecosystem services – A global review, Geoderma, 2016, vol. 262, p. 101–111, DOI: 10.1016/j.geoderma.2015.08.009.

21. Andrea F., Bini C., Amaducci S. Soil and ecosystem services: Current knowledge and evidences from Italian case studies, Applied Soil Ecology, 2018, vol. 123, p. 693–698, DOI: 10.1016/j.apsoil.2017.06.031.

22. Bhattacharya S.S., Kim K.H., Das S., Uchimiya M., Jeon B.H., Kwon E., Szulejko J.E. A review on the role of organic inputs in maintaining the soil carbon pool of the terrestrial ecosystem, Journal of environmental management, 2016, vol. 167, p. 214–227, DOI: 10.1016/j.jenvman.2015.09.042.

23. Blum W.E.H. Functions of soil for society and the environment, Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 2005, vol. 4, no. 3, p. 75–79, DOI: 10.1007/s11157-005-2236-x.

24. Carrillo Y., Pendall E., Dijkstra F.A., Morgan J.A., Newcomb J.M. Response of soil organic matter pools to elevated CO2 and warming in a semi-arid grassland, Plant and Soil, 2011, vol. 347, no. 1–2, p. 339, DOI: 10.1007/s11104-011-0853-4.

25. Cavalcante D.M., Сastro M.F., Chaves M.T.L., Silva I.R., Oliveira T.S. Effects of rehabilitation strategies on soil aggregation, C and N distribution and carbon management index in coffee cultivation in mined soil, Ecological Indicators, 2019, vol. 107, p. 105668, DOI: 10.1016/j.ecolind.2019.105668.

26. Guan S., An N., Zong N., He Y., Shi P., Zhang J., He N. Climate warming impacts on soil organic carbon fractions and aggregate stability in a Tibetan alpine meadow, Soil Biology and Biochemistry, 2018, vol. 116, p. 224–236, DOI: 10.1016/j.soilbio.2017.10.011.

27. Ji H., Han J., Xue J., Hatten J.A., Wang M., Guo Y., Li P. Soil organic carbon pool and chemical composition under different types of land use in wetland: Implication for carbon sequestration in wetlands, Science of the Total Environment, 2020, vol. 716, p. 136996, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.136996.

28. Lützow von M., Kögel-Knabner I., Ekschmitt K., Flessa H., Guggenberger G., Matzner E., Marschner B. SOM fractionation methods: relevance to functional pools and to stabilization mechanisms, Soil Biology and Biochemistry, 2007, vol. 39, no. 9, p. 2183–2207, DOI: 10.1016/j.soilbio.2007.03.007.

29. Paul E.A., Morris S.J., Conant R.T., Plante A.F. Does the acid hydrolysis-incubation method measure meaningful soil organic carbon pools? Soil Science Society of America Journal, 2006, vol. 70, no. 3, p. 1023–1035, DOI: 10.2136/sssaj2005.0103.

30. Scharlemann J.P., Tanner E.V., Hiederer R., Kapos V. Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool, Carbon Management, 2014, vol. 5, no. 1, p. 81–91, DOI: 10.4155/cmt.13.77.

31. Schwendenmann L., Pendall E. Response of soil organic matter dynamics to conversion from tropical forest to grassland as determined by long-term incubation, Biology and Fertility of Soils, 2008, vol. 44, no. 8, p. 1053, DOI: 10.1007/s00374-008-0294-2.

32. Siles J.A., Cajthaml T., Minerbi S., Margesin R. Effect of altitude and season on microbial activity, abundance and community structure in Alpine forest soils, FEMS Microbiology Ecology, 2016, vol. 92, no. 3, p. fiw008, DOI: 10.1093/femsec/fiw008.

33. Siles J.A., Cajthaml T., Filipova A., Minerbi S., Margesin R. Altitudinal, seasonal and interannual shifts in microbial communities and chemical composition of soil organic matter in Alpine forest soils, Soil Biology and Biochemistry, 2017, vol. 112, p. 1–13, DOI: 10.1016/j.soilbio.2017.04.014.

34. Zhang L., Chen X., Xu Y., Jin M., Ye X., Gao H., Chu W., Thompson M.L. Soil labile organic carbon fractions and soil enzyme activities after 10 years of continuous fertilization and wheat residue incorporation, Scientific reports, 2020, vol. 10, no. 1, p. 1–10, DOI: 10.1038/s41598-020-68163-3.

35. Zhu L., Hu N., Zhang Z., Xu J., Tao B., Meng Y. Short-term responses of soil organic carbon and carbon pool management index to different annual straw return rates in a rice – wheat cropping system, Catena, 2015, vol. 135, p. 283–289, DOI: 10.1016/j.catena.2015.08.008.