Биологическая активность образцов органогенных почв при разных уровнях влажности

Аннотация

В лабораторных условиях исследован отклик биологической активности и содержания лабильных форм биогенных элементов в торфах разного генезиса на изменение влажности последних. В работе использованы образцы торфяных почв северной и южной тайги (Тюменская и Московская область). Проведена серия манипуляционных экспериментов, в которых для разных типов торфа при разных уровнях влажности оценена динамика таких показателей, как базальное дыхание (БД), углерод микробной биомассы, содержание лабильного углерода и азота. Также проведена оценка влияния продолжительности и типа эксперимента на динамику свойств торфов. Установлено, что все исследованные торфяные образцы характеризуются широким диапазоном влажности, при котором наблюдается максимум биологической активности. В целом он находится в диапазоне от 20–30 до 80–90% полной влагоемкости (ПВ). В этом диапазоне не наблюдается значимой связи между влажностью и БД. В большинстве экспериментов достоверное снижение биологической активности отмечалось лишь в «экстремальных» диапазонах влажности — менее 20% и более 90% ПВ. Показано, что характер отклика на увлажнение индивидуален, определяется свойствами образца и мало зависит от типа пробоподготовки. В экспериментах и модельных расчетах предлагается использовать полученный коэффициент чувствительности к влажности — W₂₀, составляющий в диапазоне 40–80% ПВ для торфяных образцов разного генезиса величину 1,0–1,2. Долгосрочные варианты инкубационных экспериментов показали более выраженную реакцию на переувлажнение и достоверное снижение биологической активности при высоких значениях влажности (более 80% ПВ). Это может говорить об их лучшей применимости для решения задач моделирования поведения экосистем в случае изменения гидрологической ситуации.

Литература

1.                Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В., Демкина Т.С. Влияние высушивания–увлажнения и замораживания–оттаивания на устойчивость микробных сообществ почвы // Почвоведение. 1997. № 9.

2.               Бамбалов Н.Н., Тишкович А.В. Баланс органического вещества торфяных почв и методы его изучения. Минск, 1984.

3.               Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М., 2006.

4.               Инишева Л.И., Аристархова В.Е., Порохина Е.В. и др. Выработанные торфяные месторождения, их характеристика и функционирование. Томск, 2007.

5.                Макаров М.И., Шулева М.С., Малышева Т.И. и др. Растворимость лабильных форм азота и углерода почв в K₂SO₄ разной концентрации // Почвоведение. 2013. № 4. https://doi.org/10.7868/S0032180X13040096

6.                Матышак Г.В., Чуванов С.В., Гончарова О.Ю. и др. Влияние влажности на эмиссию CO₂ из почв бугристых торфяников севера Западной Сибири // Почвоведение. 2023. № 4. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600810

7.               Технический анализ торфа / Е.Т. Базин, В.Д. Копенкин, В.И. Косов и др. / Под общ. ред. Е.Т. Базина. М., 1992.

8.               Шишконакова Е.А., Аветов Н.А., Виндекер Г.В. и др. Почвенное и биологическое разнообразие территории бывших торфоразработок шатурской мещеры в контексте их антропогенной трансформации // Бюл. Почв. ин-та. 2022. № 111. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-111-30-76

9.               Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И. и др. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.

10.            Arnold C., Ghezzehei T.A., Berhe A.A. Decomposition of distinct organic matter pools is regulated by moisture status in structured wetland soils // Soil Biology and Biochemistry. 2015. Vol. 81. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.10.029

11.            Avis C.A., Weaver A.J., Meissner K.J. Reduction in areal extent of high–latitude wetlands in response to permafrost thaw // Nature Geosci. 2011. Vol. 4, № 7. https://doi.org/10.1038/ngeo1160

12.            Birch H.F. The effect of soil drying on humus decomposition and nitrogen availability // Plant and soil. 1958. № 10.. https://doi.org/10.1007/BF01343734

13.            Byun E., Rezanezhad F., Fairbairn L., Slowinski S. et al. Temperature, moisture and freeze–thaw controls on CO₂ production in soil incubations from northern peatlands // Sci Rep. 2021. Vol. 11, № 1. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02606-3

14.            Estop-Aragonés C., Blodau C. Effects of experimental drying intensity and duration on respiration and methane production recovery in fen peat incubations // Soil Biology and Biochemistry. 2012. Vol. 47. - https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.12.008

15.            Gritsch C., Zimmermann M., Zechmeister-Boltenstern S. Interdependencies between temperature and moisture sensitivities of CO₂ emissions in European land ecosystems // Biogeosciences. 2015. Vol. 12, № 20. https://doi.org/10.5194/bg-12-5981-2015

16.            Hicks Pries C.E., Schuur E.A.G., Crummer K.G. Thawing permafrost increases old soil and autotrophic respiration in tundra: Partitioning ecosystem respiration using δ13 C and ∆14 C // Global Change Biology. 2013. Vol. 19, № 2. https://doi.org/10.1111/gcb.12058

17.            Ilstedt U., Nordgren A., Malmer A. Optimum soil water for soil respiration before and after amendment with glucose in humid tropical acrisols and a boreal mor layer // Soil Biol. Biochem. 2000. Vol. 32(11–12). https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00073-0

18.            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.

19.            Lai D.Y.F. Methane Dynamics in Northern Peatlands: A Review // Pedosphere. 2009. Vol. 19, № 4. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(09)00003-4

20.            Lawrence D.M., Koven C.D., Swenson S.C. et al. Permafrost thaw and resulting soil moisture changes regulate projected high–latitude CO₂ and CH₄ emissions // Environmental Research Letters. 2015. Vol. 10, № 9. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/9/094011

21.            Lloyd J., Taylor J.A. On the Temperature Dependence of Soil Respiration // Functional Ecology. 1994. Vol. 8, № 3. https://doi.org/10.2307/2389824

22.            Magnusson T. Carbon dioxide and methane formation in forest mineral and peat soils during aerobic and anaerobic incubations // Soil Biology and Biochemistry. 1993. Vol. 25, № 7. https://doi.org/10.1016/0038-0717(93)90090-X

23.            Moyano F.E., Manzoni S., Chenu C. Responses of soil heterotrophic respiration to moisture availability: An exploration of processes and models // Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 59. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.01.002

24.            Moyano F.E., Vasilyeva N., Bouckaert L. et al. The moisture response of soil heterotrophic respiration: interaction with soil properties // Biogeosciences. 2012. Vol. 9, № 3. https://doi.org/10.5194/bg-9-1173-2012

25.            Natali S.M., Schuur E.A.G., Mauritz M. et al. Permafrost thaw and soil moisture driving CO₂ and CH₄ release from upland tundra // J. Geophys. Res. Biogeosci. 2015. Vol. 120, № 3. https://doi.org/10.1002/2014JG002872

26.            O’Donnell J.A., Jorgenson M.T., Harden J.W et al. The effects of permafrost thaw on soil hydrologic, thermal, and carbon dynamics in an Alaskan Peatland // Ecosystems. 2012. Vol. 15, № 2. https://doi.org/10.1007/s10021-011-9504-0

27.            Rey A., Pegoraro E., Tedeschi V. et al. Annual variation in soil respiration and its components in a coppice oak forest in Central Italy // Global Change Biology. 2002. Vol. 8, № 9. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2002.00521.x

28.            Rezanezhad F., Price J.S., Quinton W.L. et al. Structure of peat soils and implications for water storage, flow and solute transport: A review update for geochemists // Chemical Geology. 2016. Vol. 429. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2016.03.010

29.            Scharlemann J.P., Tanner E.V., Hiederer R. et al. Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool // Carbon Management. 2014. Vol. 5, № 1. https://doi.org/10.4155/cmt.13.77

30.            Schuur E.A.G., McGuire A.D., Schädel C. et al. Climate change and the permafrost carbon feedback // Nature. 2015. Vol. 520, № 7546. https://doi.org/10.1038/nature14338

31.            Sjögersten S., Wal R. van der, Woodin S.J. Small–scale hydrological variation determines landscape CO₂ fluxes in the high Arctic // Biogeochemistry. 2006. Vol. 80, № 3. https://doi.org/10.1007/s10533-006-9018-6

32.            Tarkhov M.O., Matyshak G.V., Ryzhova M.V. et al. Temperature sensitivity of peatland soils respiration across different terrestrial ecosystems // Eurasian Soil Science. 2024. Vol. 57, № 10. https://doi.org/10.1134/S1064229324601379

33.            Tian H., Lu C., Ciais P. et al. The terrestrial biosphere as a net source of greenhouse gases to the atmosphere // Nature. 2016. Vol. 531, № 7593. https://doi.org/10.1038/nature16946

34.            Turetsky M. R., Benscoter B., Page S. et al. Global vulnerability of peatlands to fire and carbon loss // Nature Geosci. 2015. Vol. 8, № 1. https://doi.org/10.1038/ngeo2325

35.            Voigt C., Marushchak M.E., Mastepanov M. et al. Ecosystem carbon response of an Arctic peatland to simulated permafrost thaw // Glob Change Biol. 2019. Vol. 25, № 5. https://doi.org/10.1111/gcb.14574

36.            Wickland K.P., Neff J.C. Decomposition of soil organic matter from boreal black spruce forest: environmental and chemical controls // Biogeochemistry. 2008. Vol. 87, № 1. https://doi.org/10.1007/s10533-007-9166-3