Тулина А. С.1, Семенов В. М.1, Лученок Л. Н.2, Шкутов Э. Н.2

АКТИВНОЕ И ЛАБИЛЬНОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО
ТОРФЯНЫХ ПОЧВ БЕЛОРУССКОГО ПОЛЕСЬЯ
Тулина А. С.1, Семенов В. М.1, Лученок Л. Н.2, Шкутов Э. Н.2
1
Институт физико-химических и биологических проблем
почвоведения РАН, г. Пущино
2
Институт мелиорации НАН Беларуси, г. Минск
Активным органическим веществом (АОВ) почвы называют
совокупность
углеродсодержащих
субстратов,
минерализуемых
микроорганизмами со скоростью менее 3-х лет. АОВ измеряют
биокинетическим методом (Семенов и др., 2008, 2013; Тулина и др.,
2009, 2010; Семенов, Тулина, 2011). Посредством анализа данных по
продуцированию С-СО2 образцами почв в контролируемых условиях
продолжительной (не менее 150 суток) инкубации вычисляют
содержание минерализуемого (активного) пула углерода органического
вещества (ОВ), его структуру и константы скоростей минерализации его
составляющих,
на
основании
чего
можно
прогнозировать
продуцирование СО2 почвами и убыль запасов общего органического
углерода (Сорг) при минерализации. Активность усвоения субстрата
микроорганизмами зависит не только от его доступности, но и от
условий, способствующих или препятствующих жизнедеятельности
микробного сообщества. Такими условиями, в частности, являются
температура и влажность.
Лабильное или неустойчивое органическое вещество, как правило,
оценивают по его экстрагируемости различными химическими
растворителями. Углерод, выделяемый водной и солевой (0,5 н K2SO4)
вытяжками называют растворимым, а сумму углеродсодержащих
веществ, переходящих в щелочную вытяжку (0,1 н NaOH) – подвижным
углеродом. Определение растворимого углерода позволяет установить
долю ОВ, способного как к поступлению в грунтовые воды при
переувлажнении, так и к быстрой минерализации при наличии
соответствующих условий. Для растворимого ОВ характерно короткое,
от нескольких часов до нескольких суток, время полного обновления.
Следует отметить, что не все подвижное ОВ, извлекаемое раствором
щелочи, является биологически активным. Значительная его часть
представлена, по-видимому, компонентами, которые участвуют в
формировании супрамолекулярных структур гуминовых веществ и
образуют медленный пул ОВ со временем оборота от 3–10 до 100 лет. В
то же время, подвижную фракцию допустимо считать ближайшим
резервом потенциально минерализуемого ОВ. Легко экстрагируемое,
лабильное ОВ, может быть не активным из-за недоступности почвенным
микроорганизмам в силу наличия физических барьеров, а легко
минерализуемое ОВ не всегда является химически лабильным (Семенов
и др., 2009).
Целью нашего исследования было оценить содержание активного
(потенциально минерализуемого) углерода при различных уровнях
увлажнения в ряде торфяных почв Белорусского Полесья, определить
содержание лабильного (растворимого и подвижного) углерода в этих
почвах и выявить количественные соответствия между активным и
лабильным пулами углерода.
Изучали образцы низинного торфа с неосушенного участка (болота)
и торфяных почв сельскохозяйственного использования разного
возраста осушения, сформированных на низинном торфе. Ботанический
состав торфа – осоково-тростниковый. В изучаемых образцах,
отобранных из 0–25 см слоя торфа и торфяных почв, с момента
осушения которых прошло 40, 80, 120, 220, 450 лет, содержалось 35,1,
28,6, 31,2, 22,2, 13,5 и 7,8 % Сорг, соответственно. Инкубацию
производили в течение 150 суток при 22°С и увлажнении,
соответствующем 10, 35, 60 и 110% от ППВ. Содержание СО2 в газовых
пробах анализировали на хроматографе Кристалл Люкс 4000М.
Подвижный (извлекаемый 0,1 н NaOH) углерод определяли
бихроматным методом с последующим титрованием солью Мора.
Содержание растворимого углерода (экстрагируемого 0,5 н K2SO4)
определяли также бихроматным методом с колориметрическим
окончанием.
При уровне увлажнения 10 % от ППВ содержание активного
(потенциально минерализуемого) углерода в изучаемых объектах
(рисунок) имело слабую взаимосвязь с общим органическим углеродом
(r = 0,456) и составляло, в среднем, 0,37±0,14 % от Сорг. Повышение
влажности до 35, 60 и 110 % ППВ способствовало интенсификации
минерализационных процессов, что привело к увеличению активного
пула углерода до 1,03±0,24, 1,85±0,43 и 2,11±0,47 % от Сорг,
соответственно, при этом взаимосвязь между активным ОВ и Сорг
усиливалась (r = 0,855, 0,940 и 0,939, соответственно).
10% ППВ
8000
35%ППВ
Спм, мг/кг
7000
60%ППВ
6000
110%ППВ
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
40
80
120
220
450
возраст осушения, годы
Рис. Содержание потенциально минерализуемого углерода в низинном
торфе и сформированных на низинном торфе торфяно-болотных почвах
разного возраста осушения при увлажнении 10, 35, 60 и 110 %ППВ
Доля растворимого углерода составила 0,19–1,11 % от Сорг, а доля
подвижного углерода – 15,35–39,77 % от Сорг. Анализ количественных
соответствий между активным и лабильным ОВ (табл.) свидетельствует
о том, что подвижный углерод щелочной вытяжки был доступен для
микробного разложения лишь на 6,3–14,8 % даже при наиболее
благоприятных условиях (в среднем – на 9,8%), а в неблагоприятных
условиях недостаточного увлажнения – на 1,2–2,1 % (в среднем – на
1,7 %). Содержание растворимого углерода дает более точное
представление о минерализуемости органических соединений. Однако,
поскольку активность минерализации лимитируется факторами
окружающей среды, в частности, влажностью, соответствие между
активным и растворимым ОВ не может быть полным. Так, при
недостаточном увлажнении (10 % ППВ) минерализовались наиболее
доступные микроорганизмам соединения углерода, входящие в его
растворимый пул, причем растворимый углерод расходовался не
полностью (в среднем на 76 %). Повышение влажности привело к
значительной интенсификации минерализационных процессов, в
результате чего минерализация затронула пул углерода, не
экстрагируемого солевым раствором. При увлажнении до 35, 60 и 110 %
ППВ активный пул ОВ превышал растворимый пул в 2,2, 4,2 и 4,6 раза,
соответственно.
Таблица
Доля активного (потенциально минерализуемого) углерода в лабильном
(экстрагируем 0,5 н K2SO4 – растворимом и 0,1 н NaOH –
подвижном углероде) при разном увлажнении, %
Почва, торф
Сорг
НТ, не осушен
35,1%
НТБП, 40 лет
28,6%
НТБП, 80 лет
31,2%
НТБП, 120 лет
22,12
НТБП, 220 лет
13,5%
НТБП, 450 лет
7,8%
среднее
10%
ППВ
0,5 н K2SO4
35%
60%
ППВ ППВ
110%
ППВ
10%
ППВ
0,1 н NaOH
35%
60%
ППВ ППВ
110%
ППВ
99
442
942
977
1,2
5,5
11,7
12,1
67
289
573
574
1,3
5,4
10,7
10,8
76
153
308
354
1,4
2,8
5,7
6,6
130
241
369
423
1,9
3,6
5,5
6,3
32
88
169
231
2,1
5,6
10,8
14,8
51
134
180
210
2,0
5,3
7,1
8,3
76
224
423
462
1,7
4,7
8,6
9,8
Таким образом, содержание углерода, экстрагируемого 0,5 н K2SO4,
может отчасти характеризовать пул потенциально минерализуемого ОВ
в изучаемых объектах, однако, содержание АОВ при этом будет
занижено. Соединения, экстрагируемые щелочным раствором, в
основном не доступны для микробного разложения, поэтому
содержание подвижного углерода не может использоваться для
характеристики активного органического вещества.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект 12–04–90023-Бел_а.