Микробная продукция и эмиссия диоксида углерода почвами карбонового полигона «Чашниково» с различным потенциалом минерализации органического вещества

Аннотация

В пик вегетационной активности исследованы микробная продукция и эмиссия СО2 в дерново-подзолистых почвах карбонового полигона МГУ «Чашниково» в Московской области. Объектами выступили мониторинговые площадки в двух природных экосистемах (вторичный еловый лес и суходольный разнотравный луг) и в двух агроэкосистемах (многолетние травы и чистый пар). Почвы различались запасами углерода органического вещества (Сорг), микробного углерода (Смик) и потенциально-минерализуемого углерода (Спм). Наибольшие величины микробных показателей и содержания углерода отмечались в верхних 30 см с максимумом в верхних 10 см. Запасы Сорг в слое 0–30 см были в 1,1–1,3 раза выше в агропочвах (72,7–75,6 т·га-1) по сравнению с природными (59,4–65,0 т·га-1) из-за различия в плотности почв. Вклад запасов Смик в запасы Сорг в почвах луга и агропочвах под многолетними травами (1,8 и 1,4%) был выше, чем в лесных почвах и почвах под чистым паром. Запасы Спм в природных почвах (1,34 и 0,97 т·га-1 для слоя 0–10 см) были в 1,3–2,3 раза больше, чем в агропочвах, но интенсивность минерализации органического вещества в агропочвах в 1,4–2,9 раз ниже, чем в почвах естественных экосистем. Для экосистем со сходной растительностью показано влияние запасов Спм на величину микробной продукции СО2, отмечалось ее пропорциональное увеличение. Максимальная потенциальная микробная продукция СО2 (4,8 гС·м-2·сут-1 для слоя 0–10 см и 10,5 гС·м-2·сут-1 для слоя 0–30 см), запасы Смик (0,50 т·га-1), а также эмиссия СО2 (11,09±0,29 гС·м-2·сут-1) были характерны для почв суходольного луга. В остальных биоценозах микробная продукция СО2 ниже примерно в 2 раза. Так как эмиссия СО2, помимо микробного дыхания, обусловлена еще дыханием корней растений, то минимальные ее величины наблюдались с агропочв под чистым паром (5,01±1,43 гС·м-2·сут-1). Эмиссия СО2 лесными почвами и агропочвами под многолетними травами была статистически незначимо ниже по сравнению с лугом.

Литература

1.    Указ Президента Российской Федерации от 28.02.2024 № 145 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации". [Электронный ресурс]. URL: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202402280003
2.    Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Рыжова И.М. и др. Углерод микробной биомассы и микробное продуцирование двуокиси углерода дерново-подзолистыми почвами постагрогенных биогеоценозов и коренных ельников южной тайги (Костромская область) // Почвоведение. 2009. № 9.
3.    Иващенко К.В., Ананьева Н.Д., Васенев В.И. и др. Биомасса и дыхательная активность почвенных микроорганизмов в антропогенно-измененных экосистемах (Московская область) // Почвоведение. 2014. № 9.
4.    Иващенко К.В. Обилие и дыхательная активность микробного сообщества почвы при антропогенном преобразовании наземных экосистем: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Пущино, 2017.
5.    Ильясов Д.В., Молчанов А.Г., Глаголев М.В. и др. Моделирование нетто-экосистемного обмена диоксида углерода сенокоса на осушенной торфяной почве: анализ сценариев использования // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12, № 6.
6.    Копцик Г.Н., Куприянова Ю.Н., Кадулин М.С. Пространственная изменчивость эмиссии диоксида углерода почвами в основных типах лесных экосистем Звенигородской биостанции МГУ им. М.В. Ломоносова // Вестн. Моск. Ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2018. № 2.
7.    Кудеяров В.Н., Заварзин Г.А., Благодатский С.А. и др. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М., 2007.
8.    Курганова И.Н. Эмиссия и баланс диоксида углерода в наземных экосистемах России: Дис. … д-ра биол. наук. М., 2010.
9.    Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Ипп С.Л. и др. Пилотный карбоновый полигон в России: анализ запасов углерода в почвах и растительности // Почвы и окружающая среда. 2022а. Т. 5, № 2. e169. https://doi.org/10.31251/pos.v5i2.169
10.    Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мякшина Т.Н. и др. Анализ временной изменчивости дыхания дерново-слабоподзолистой почвы в лесном и луговом ценозах южно-таежной зоны // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2022б. № 2.
11.    Никонова Л.Г., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О. и др. Влияние абиотических факторов на разложение опада растений-торфообразователей в инкубационном эксперименте // Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2019. № 46. https://doi.org/10.17223/19988591/46/8
12.    Официальный сайт карбонового полигона МГУ «Чашниково». [Электронный ресурс]. URL: https://carbon.msu.ru/ (дата обращения: 16.01.2024)
13.    Официальный сайт Минобрнауки РФ [Электронный ресурс]. URL: https://minobrnauki.gov.ru/action/poligony/ (дата обращения: 15.05.2024)
14.    Приказ Минобрнауки России от 5 февраля 2021 г. № 74 «О полигонах для разработки и испытаний технологий контроля углеродного баланса». [Электронный ресурс]. URL:  https://minobrnauki.gov.ru/documents/?ELEMENT_ID=30905
15.    Распоряжение Правительства РФ № 3052-р от 29 октября 2021 г. об утверждении Стратегии социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года. [Электронный ресурс], URL: http://government.ru/docs/all/137358/
16.    Распоряжение Правительства РФ №3240-р от 29 октября 2022 г. об утверждении важнейшего инновационного проекта государственного значения «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ». [Электронный ресурс]. URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202211010041?index=2
17.    Рыжова И.М., Подвезенная М.А, Телеснина В.М. и др. Оценка запасов углерода и потенциала продуцирования СО2 почвами хвойно-широколиственных лесов // Почвоведение. 2023. № 9.
18.    Семенов В.М., Журавлев Н.С., Тулина А.С. Минерализация органического вещества в серой лесной почве и типичном черноземе, обесструктуренных физическими воздействиями // Почвоведение. 2015. № 10. https://doi.org/10.7868/S0032180X1510010X
19.    Семенов В.М., Когут Б.М., Зинякова Н.Б. и др. Биологически активное органическое вещество в почвах Европейской части России. // Почвоведение. 2018. № 4. https://doi.org/10.7868/S0032180X1804007X
20.    Смагин А.В. Газовая фаза почв. М., 2005.
21.    Смагин А.В., Суранов А.В., Садовникова Н.Б. и др. Балансовая оценка динамики диоксида углерода в почве больших лизиметров МГУ // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2021. № 3.
22.    Стома Г.В., Богатырев Л.Г., Макаров М.И. и др. Летняя практика по почвоведению: Учебно-методическое пособие для студентов 1 курса факультета почвоведения МГУ. М., 2017.
23.    Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
24.    Ananyeva N., Susyan E., Chernova O. et al. Microbial respiration activities of soils from different climatic regions of European Russia // European Journal of Soil Biology. 2008. Vol. 44, № 2. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2007.05.002
25.    Anderson T.H., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soil // Soil Biol. Biochem. 1978. Vol. 10.
26.    Anderson T.H., Domsch K.H. The metabolic quotient for CO2 (qCO2) as a specific activity parameter to assess the effects of environmental conditions, such as pH, on the microbial biomass of forest soils // Soil Biol. Biochem. 1993. Vol. 25, № 3.
27.    Arora P., Chaudhry S. Microbial Mediated Soil Carbon Sequestration and Mitigation of Green House Gases // COJ Reviews & Research. 2021. Vol. 3(3). ID 000562.
28.    Balugani E., Castellucci A., Ruggeri M. et al. Use of soil respiration measurements and RothC modelling show effects of catch crops and precision and traditional agriculture on productivity and soil organic carbon dynamics in a 5 year study in Mediterranean climate, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2023-2966, 2023
29.    Bond-Lamberty B., Wang C., Gower S.T. A global relationship between the heterotrophic and autotrophic components of soil respiration? // Glob. Change Biol. 2004. Vol. 10, № 10. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2004.00816.x
30.    FAO. 2020. A protocol for measurement, monitoring, reporting and verification of soil organic carbon in agricultural landscapes – GSOC-MRV Protocol. Rome. https://doi.org/10.4060/cb0509en
31.    IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria, 2022.
32.    Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Rozanova L. et. al. Annual and seasonal CO2 fluxes from Russian southern taiga soils // Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. 2003. Vol. 55, № 2. https://doi.org/10.3402/tellusb.v55i2.16724
33.    Kuzyakov Y. Sources of CO2 efflux from soil and review of partitioning methods // Soil Biol Biochem. 2006. Vol. 38, № 3. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2005.08.020
34.    Kuzyakov Y., Larionova A.A. Root and rhizomicrobial respiration: A review of approaches to estimate respiration by autotrophic and heterotrophic organisms in soil // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2005. Vol. 168, № 4. https://doi.org/10.1002/jpln.200421703
35.     Sawada K., Funakawa S., Kosaki T. Different effects of pH on microbial biomass carbon and metabolic quotients by fumigation–extraction and substrate-induced respiration methods in soils under different climatic conditions // Soil Science and Plant Nutrition. 2009. Vol. 55:3. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2009.00378.x
36.    Le Noë J., Manzoni S., Abramoff R. et al. Soil organic carbon models need independent time-series validation for reliable prediction // Commun Earth Environ. 2023. 4, 158. https://doi.org/10.1038/s43247-023-00830-5
37.    Sushko S., Ananyeva N., Ivashchenko K. et. al. Soil CO2 emission, microbial biomass, and microbial respiration of woody and grassy areas in Moscow (Russia) // Journal of Soils and Sediments. 2019. Vol. 19. https://doi.org/10.1007/s11368-018-2151-8
38.    Susyan E.А., Wirth S., Ananyeva N.D., et. al. Forest succession on abandoned arable soils in European Russia - Impacts on microbial biomass, fungal-bacterial ratio, and basal CO2 respiration activity // European Journal of Soil Biology. 2011. Vol. 47, № 3. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2011.04.002
39.    Traore S., Thiombiano L., Millogo J.R., Guinko S. Carbon and nitrogen enhancement in Cambisols and Vertisols by Acacia spp. in eastern Burkina Faso: Relation to soil respiration and microbial biomass // Appl. Soil Ecol. 2007. Vol. 35, № 3 https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2006.09.004