Растворенное органическое вещество черноземов различного вида использования: взаимосвязь структурных особенностей и минерального состав

Аннотация

Проведен анализ структурных особенностей органической компоненты растворенного органического вещества (РОВ) черноземов типичных (Protocalcic Chernozem), различающихся по преобладающему направлению трансформации почвенного органического вещества (накопление или минерализация), во взаимосвязи с минеральным составом. Для характеристики структурных особенностей органической компоненты использовали методы спектрометрии в ультрафиолетовом и видимом диапазоне и спектрофлуориметрию как подходы, наиболее часто применяемые для этих целей в связи с экспрессностью и доступностью инструментального оформления. Определение содержания минеральных элементов (Al, B, Ba, Ca, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Zn) было проведено методом оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Установлено, что для РОВ пахотных черноземов, где ведущим направлением трансформации является минерализация органического вещества, характерны повышенные значения показателей E2/E3, BIX и SUVA254, что указывает на меньшую молекулярную массу (ММ), больший вклад органического вещества микробного происхождения и ароматических структур в состав РОВ по сравнению с почвами, не вовлеченными в сельскохозяйственное использование. Анализ минеральной составляющей показал, что основными элементами РОВ являются Si и Ca. Вовлечение черноземов в сельскохозяйственное использование приводит к снижению содержания Ca и росту Si, Fe и Al, что отражает увеличение степени выветривания минеральной матрицы черноземов. Проведенный ранговый корреляционный анализ показал наличие значимых связей между структурными характеристиками РОВ (Е2/Е3, SUVA254, MM, BIX, T) и содержанием минеральных элементов (Ca, Al, Fe, Si), что свидетельствует о влиянии процессов выветривания на особенности формирования почвенного РОВ.

Литература

1.           Болотов А.Г., Беховых Ю.В., Сизов Е.Г. и др. Физико-химические свойства черноземов под лиственными лесополосами // Вестн. Алтайского ГАУ. 2014. Т. 115, № 5.

2.           Гришина Л.А., Копцик Г.Н., Макаров М.И. Трансформация органического вещества почв. М., 1990.

3.           Куликова Н.А. Влияние водорастворимых компонентов почв на размер и электрокинетический потенциал наноалмазов // Почвоведение. 2020. № 7. https://doi.org/10.31857/S0032180X20070084

4.           Куликова Н.А., Перминова И.В. Сравнительная характеристика элементного состава водорастворимых гуминовых веществ, гуминовых и фульвокислот дерново-подзолистых почв // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2010. № 4.

5.               Макаров М.И., Шулева М.С., Малышева Т.И. и др. Растворимость лабильных форм углерода и азота почв в K₂SO₄ разной концентрации // Почвоведение. 2013. № 4.

6.           Первова Н.Е., Евдокимова Т.Н. Состав почвенных растворов в подзоне южной тайги // Почвоведение. 1984. № 1.

7.           Попов А.И., Коноплина Л.Ю., Комолкина Н.А. и др. Компонентный состав почвенного органического вещества // The scientific heritage. 2021. № 65.

8.           Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Фарходов Ю.Р. и др. Оптические характеристики экстрагируемых фракций органического вещества типичных черноземов в многолетних полевых опытах // Почвоведение. 2020. № 6. https://doi.org/10.31857/S0032180X20060052

9.           Begum M.S., Park J.H., Yang L. et al. Optical and molecular indices of dissolved organic matter for estimating biodegradability and resulting carbon dioxide production in inland waters: A review // Water Res. 2023. Vol. 228 (Pt A). Article ID 119362. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119362

10.        Chang S.C., Wang C.P., Feng C.M. et al. Soil fluxes of mineral elements and dissolved organic matter following manipulation of leaf litter input in a Taiwan Chamaecyparis forest // Forest Ecol. Manage. 2007. Vol. 242, № 2–3. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2007.01.025

11.        Fang Q., Lu A., Hong H. et al. Mineral weathering is linked to microbial priming in the critical zone // Nat. Commun. 2023. Vol. 14, № 345. https://doi.org/10.1038/s41467-022-35671-x

12.        Gao S.-J., Zhao C., Shi Z.-H. et al. Spectroscopic characteristics of dissolved organic matter in afforestation forest soil of Miyun district, Beijing // J. Analyt. Meth. Chem. 2016. https://doi.org/10.1155/2016/1480857

13.        Ge Z., Gao L., Ma N. et al. Variation in the content and fluorescent composition of dissolved organic matter in soil water during rainfall-induced wetting and extract of dried soil // Sci. Total Environ. 2021. Vol. 791. Article ID 148296. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148296

14.        Hansen A.M., Kraus T.E.C., Pellerin B.A. et al. Optical properties of dissolved organic matter (DOM): Effects of biological and photolytic degradation // Limnol. Oceanogr. 2016. Vol. 61, № 3. https://doi.org/10.1002/lno.10270

15.        Hartnett H.E. Dissolved Organic Matter (DOM) // White, W. (eds) Encyclopedia of Geochemistry. Encyclopedia of Earth Sciences Series. 2018, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-39193-9_155-1

16.        Jones D.L., Simfukwe P., Hill P.W. et al. Evaluation of dissolved organic carbon as a soil quality indicator in national monitoring schemes // PLoS One. 2014. Vol. 9, № 3. Article ID: e90882. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090882

17.        Li Y., Chen Z., Chen J. et al. Oxygen availability regulates the quality of soil dissolved organic matter by mediating microbial metabolism and iron oxidation // Glob. Chang. Biol. 2022. Vol. 28, № 24. https://doi.org/10.1111/gcb.16445

18.        Peng Y., Xu H., Wang Z. et al. Responses of the content and spectral characteristics of dissolved organic matter in intercropping soil to drought in northeast China // Plant Soil. 2023. Published 14 February 2023. https://doi.org/10.1007/s11104-023-05931-w

19.        Qin X., Yao B., Jin L. et al. Characterizing soil dissolved organic matter in typical soils from China using fluorescence EEM–PARAFAC and UV–visible absorption // Aquat. Geochem. 2020. № 26. https://doi.org/10.1007/s10498-019-09366-7

20.        Roth V.-N., Lange M., Simon C. et al. Persistence of dissolved organic matter explained by molecular changes during its passage through soil // Nat. Geosci. 2019. № 12. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0417-4

21.        Setia R., Rengasamy P., Marschner P. Effect of exchangeable cation concentration on sorption and desorption of dissolved organic carbon in saline soils // Sci. Total Environ. 2013. № 465. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.01.010

22.        Song Z.L., Liu C.Q., Muller K. et al. Silicon regulation of soil organic carbon stabilization and its potential to mitigate climate change // Earth Sci. Rev. 2018. № 185. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.06.020

23.        Visconti F., de Paz J.M., Rubio J.L. What information does the electrical conductivity of soil water extracts of 1 to 5 ratio (w/v) provide for soil salinity assessment of agricultural irrigated lands? // Geoderma. 2010. Vol. 154. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.11.012

24.        Wang Y.-H., Zhang P., He C. et al. Molecular signatures of soil-derived dissolved organic matter constrained by mineral weathering // Fundam. Res. 2023. Vol. 3, № 3. https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.032

25.        Wen Y., Li H., Xiao J. et al. Insights into complexation of dissolved organic matter and Al(III) and nanominerals formation in soils under contrasting fertilizations using two-dimensional correlation spectroscopy and high resolution-transmission electron microscopy techniques // Chemosphere. 2014. № 111. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.03.078

26.        Xiao P., Xiao B., Adnan M. Effects of Ca²⁺ on migration of dissolved organic matter in limestone soils of the southwest China karst area // Land Degrad. Dev. 2021. Vol. 32, № 17. https://doi.org/10.1002/ldr.4092

27.        Xu Y., Peng Z., Tu Y. et al. Combining organic and inorganic fertilization increases rice yield and soil nitrogen and carbon: dissolved organic matter chemodiversity and soil microbial communities // Plant Soil. 2023. Published 07 August 2023. https://doi.org/10.1007/s11104-023-06203-3

28.        Yu G.H., Wu M.J., Wei G.R. et al. Binding of organic ligands with Al(III) in dissolved organic matter from soil: implications for soil organic carbon storage // Environ. Sci. Technol. 2012. № 46. https://doi.org/10.1021/es3002212

29.        Zhang Y., Wang Y., Zhou C. et al. Long-term fertilization affects chemical composition of dissolved organic carbon by changing soil properties // Soil Sci. Soc. Am. J. 2022. № 86. https://doi.org/10.1002/saj2.20459