Chemical Structure of Organic Matter of Agrochernozems of Different Alocalization on the Slope

Z. S. Artemyeva; Артемьева З. С.; N. N. Danchenko; Данченко Н. Н.; Yu. G. Kolyagin; Колягин Ю. Г.; E. B. Varlamov; Варламов Е. Б.; E. S. Zasukhina; Засухина Е. С.; E. V. Tsomaeva; Цомаева Е. В.; B. M. Kogut; Когут Б. М.

doi:10.31857/S0032180X22601517

Химическая структура органического вещества агрочерноземов разных позиций на склоне

Авторы: Артемьева З.С.¹, Данченко Н.Н.¹, Колягин Ю.Г.², Варламов Е.Б.¹, Засухина Е.С.³, Цомаева Е.В.¹, Когут Б.М.¹
Учреждения:
1. Почвенный институт им. В.В. Докучаева
2. Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова
3. Федеральный исследовательский центр “Информатика и управление” РАН
Выпуск: № 6 (2023)
Страницы: 703-714
Раздел: ХИМИЯ ПОЧВ
URL: https://rjsvd.com/0032-180X/article/view/665850
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22601517
EDN: https://elibrary.ru/FQDGYL
ID: 665850

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом твердотельной ¹³C-ЯМР-спектроскопии изучена химическая структура пулов органического вещества (ОВ) пахотных горизонтов полнопрофильного, эродированного и намытого агрочерноземов. Выявлено, что в эрозионной зоне имеют место два конкурирующих процесса, протекающих одновременно: разложение ОВ обнажившегося в результате эрозии ранее нижележащего горизонта и стабилизация вновь поступившего с растительными остатками культурных растений свежего ОВ (динамическое замещение ОВ). Аналитические данные позволяют утверждать, что процессы динамического замещения ОВ в эрозионной зоне эффективно компенсируют процессы разложения ОВ, о чем свидетельствуют максимально высокие величины отношения C/N всех исследованных пулов ОВ эродированного агрочернозема, наряду с отсутствием значимых различий в интегральных показателях их химической структуры. Постоянный вынос верхнего слоя почвы из эродированного агрочернозема с каждым эрозионным событием не позволяет полностью компенсировать потерю количества ОВ в нем. Во время транспортировки эродированного материала в аккумулятивную зону наиболее лабильная часть ОВ может быть минерализована. Соответственно, вновь поступающее в аккумулятивную зону ОВ более трансформировано по сравнению с таковым эродированного агрочернозема. Намытый агрочернозем характеризуется повышенным уровнем накопления органического углерода в почве в целом и во всех исследованных пулах ОВ. Следовательно, постоянное поступление ОВ с эродированной позиции склона с последующим его захоронением после каждого следующего эрозионного события, а также переупаковка/агрегирование вновь отложенного ОВ эффективно способствуют депонированию органического углерода в аккумулятивной зоне.

Ключевые слова

эрозия, стабилизация углерода, гранулоденсиметрическое фракционирование

Список литературы

Артемьева З.С. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-деградированных почв. Автореф. дис. … докт. биол. наук. М., 2008. 48 с.
Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая система почвы. М.: ГЕОС, 2010. 240 с.
Артемьева З.С. Органо-минеральные профили агрогенно-эрозионно-деградированных типичных черноземов Западной части Центрально-Черноземного района // Агрохимия. 2009. № 3. С. 1–8.
Артемьева З.С., Зазовская Э.П., Засухина Е.С., Цомаеваa Е.В. Изотопный состав углерода органического вещества водоустойчивых структурных отдельностей типичного чернозема в контрастных вариантах землепользования // Почвоведение. 2023. № 3. С. 339–352. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601098
Данченко Н.Н., Артемьева З.С., Колягин Ю.Г., Когут Б.М. Сравнительный анализ гумусовых веществ и органического вещества физических фракций чернозема типичного // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1241–1254. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100033
Дымов А.А., Старцев В.В., Горбач Н.М., Паюсова И.В., Габов Д.Н., Доннерхак О. Сравнение методов определения соединений углерода пирогенно измененных органических соединений // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1332–1345. https://doi.org/10.31857/S0032180X2111006X
Ермолаев О.П. Пояса эрозии в природно-антропогенных ландшафтах речных бассейнов. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1992. 147 с.
Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
Травникова Л.С., Артемьева З.С., Сорокина Н.П. Распределение гранулоденсиметрических фракций в дерново-подзолистых почвах, подверженных плоскостной эрозии // Почвоведение. 2010. № 4. С. 495–504.
Чуков С.Н., Лодыгин Е.Д., Абакумов Е.В. Использование 13С ЯМР-спектроскопии в исследовании органического вещества почв (обзор) // Почвоведение. 2018. № 8. С. 952–964. https://doi.org/10.1134/S0032180X18080026
Angers D.A., Giroux M. Recently deposited organic matter in soil water-stable aggregates // Soil Sci. Soc. Am. J. 1996. V. 60. P. 1547–1551. https://doi.org/10.2136/sssaj1996.03615995006000050037x
Artemyeva Z., Danchenko N., Kolyagin Yu., Kirillova N., Kogut B. Chemical structure of soil organic matter and its role in aggregate formation in Haplic Chernozem under the contrasting land use variants // Catena. 2021. V. 204. P. 105403. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105403
Baldock J.A., Oades J.M., Vassallo A.M., Wilson M.A. Solid-state CP/MAS 13C NMR analysis of bacterial and fungal cultures isolated from a soil incubated with glucose // Austr. J. Soil Res. 1990. V. 28. P. 213–225. https://doi.org/10.1071/SR9900213
Berhe A.A., Harden J.W., Torn M.S., Kleber M., Burton S.D., Harte J. Persistence of soil organic matter in eroding vs. depositional landform positions // J. Geophys. Res. Biogeosciences. 2012. V. 117. P. G02019. https://doi.org/10.1029/2011JG001790
Berhe A.A., Harte J., Harden J.W., Torn M.S. The significance of the erosion induced terrestrial carbon sink // Bioscience. 2007. V. 57. P. 337–346. https://doi.org/10.1641/B570408
Berhe A.A., Kleber M. Erosion, deposition, and the persistence of soil organic matter: Mechanistic considerations and problems with terminology // Earth Surf. Process. Landf. 2013. V. 38. P. 908–912. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.12.005
Billings S.A., Buddemeier R.W., Richter D.B., Van Oost K., Bohling G. A simple method for estimating the influence of eroding soil profiles on atmospheric CO2 // Global Biogeochem. Cycles. 2010. V. 24. P. GB2001. https://doi.org/10.1029/2009GB003560
Cheng W., Johnson D.W., Fu Sh. Rhizosphere Effects on Decomposition // Soil Sci. Soc. Am. J. 2003. V. 67(5). P. 1405–1417. https://doi.org/10.2136/sssaj2003.1418
Doetterl S., Berhe A.A., Nadeu E., Wang Z., Sommer M., Fiener P. Erosion, deposition and soil carbon: A review of process-level controls, experimental tools and models to address C cycling in dynamic landscapes // Earth-Science Rev. 2016. V. 154. P. 102–122. https://doi.org/10.1016/J.EARSCIREV.2015.12.005
Fiener P., Dlugoß V., Van Oost K. Erosion-induced carbon redistribution, burial and mineralisation – Is the episodic nature of erosion processes important? // Catena. 2015. V. 133. P. 282–292. https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.05.027
Fontaine S., Barot S. Size and functional diversity of microbe populations control plant persistence and long-term soil carbon accumulation // Ecol. Lett. 2005. V. 7. P. 1075–1087. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2005.00813.x
Fontaine S., Barot S., Barre P., Bdioui N., Mary B., Rumpel C. Stability of organic carbon in deep soil layers controlled by fresh carbon supply // Nature. 2007. V. 450. P. 277–280. https://doi.org/10.1038/nature06275
Jakab G., Szabó J., Szalai Z., Mészáros E., Madarász B., Centeri C., Szabó B., Németh T., Sipos P. Changes in organic carbon concentration and organic matter compound of erosion-delivered soil aggregates // Environ. Earth Sci. 2016. V. 75. P. 144. https://doi.org/10.1007/s12665-015-5052-9
Jastrow J.D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral-associated organic matter // Soil Biol. Biochem. 1996. V. 28. P. 665–676. https://doi.org/10.1016/0038-0717(95)00159-X
Golchin A., Clarke P., Oades J.M. The heterogeneous nature of microbial products as shown by solid-state C-13 CP/MAS NMR spectroscopy // Biogeochem. 1996. V. 34. P. 71–97. https://doi.org/10.1007/BF02180974
Gregorich E.G., Greer K.J., Anderson D.W., Liang B.C. Carbon distribution and losses, erosion and deposition effects // Soil Till. Res. 1998. V. 47(3). P. 291–302. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(98)00117-2
Harden J.W., Sharpe J.M., Parton W.J., Ojima D.S., Fries T.L., Huntington T.G., Dabney S.M. Dynamic replacement and loss of soil carbon on eroding cropland // Glob. Biogeochem. Cycles. 1999. V. 13(4). P. 885–901. https://doi.org/10.1029/1999GB900061
Hatcher P.G., Schnitzer M., Dennis L.W., Maciel G.E. Aromaticity of humic substances in soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. V. 45. P. 1089–1094. https://doi.org/10.2136/sssaj1981.03615995004500060016x
Kuhn N.J. Erodibility of soil and organic matter, independence of organic matter resistance to interrill erosion // Earth Surface Processes and Landforms. 2007. V. 32(5). P. 794–802. https://doi.org/10.1002/esp.1486
Kuhn N.J., Hoffmann T., Schwanghart W., Dotterweich M. Agricultural soil erosion and global carbon cycle, controversy over? // Earth Surface Processes and Landforms. 2009. V. 34. P. 1033–1038. https://doi.org/10.1002/esp.1796
Kuzyakov Y., Friedel J.K., Stahr K. Review of mechanisms and quantication of priming effects // Soil Biol. Biochem. 2000. V. 32. P. 485–1498. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00084-5
Lal R. Soil erosion and the global carbon budget // Environ. Int. 2003. V. 29(4). P. 437–450. https://doi.org/10.1016/S0160-4120(02)00192-7
Liu S., Bliss N., Sundquist E., Huntington TG. Modeling carbon dynamics in vegetation and soil under the impact of soil erosion and deposition // Glob. Biogeochem. Cycles. 2003. V. 17(2). P. 1074. https://doi.org/10.1029/2002GB002010
Masiello C.A., Chadwick O.A., Southon J., Torn M.S., Harden J.W. Weathering controls on mechanisms of carbon storage in grassland soils // Global Biogeochem. Cycles. 2004. V. 18(4). P. GB4023. https://doi.org/10.1029/2004GB002219
McCarty G.W., Ritchie J.C. Impact of soil movement on carbon sequestration in agricultural ecosystems // Environ. Poll. 2002. V. 116. P. 423–430. https://doi.org/10.1016/s0269-7491(01)00219-6
Smith S.V., Renwick W.H., Buddemeier R.W., Crossland C. Budgets of soil erosion and deposition for sediments and sedimentary organic carbon across the conterminous United States // Glob. Biogeochem. Cycles. 2001. V. 15. P. 697–707. https://doi.org/10.1029/2000GB001341
Stallard R.F. Terrestrial sedimentation and the carbon cycle: Coupling weathering and erosion to carbon burial // Glob. Biogeochem. Cycles. 1998. V. 12. P. 231–257. https://doi.org/10.1029/98GB00741
van Veen J.A., Paul E.A. Organic carbon dynamics in grassland soils. 1. Background information and computer simulation // Can. J. Soil Sci. 1981. V. 61. P. 185–201. https://doi.org/10.4141/CJSS81-024
World reference base for soil resources 2014. A framework for international classification, correlation and communication, Word Soil Resource Report 106. FAO. Rome. 2014. 181 p.
Xu S., Silveira M.L., Ngatia L.W., Normand A.E., Sollenberger L.E., Reddy K.R. Carbon and nitrogen pools in aggregate size fractions as affected by sieving method and land use intensification // Geoderma. 2017. V. 305. P. 70–79. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.05.044