Эмиссия СО2 из почв природных ландшафтов Юга Приморья

Введение. Исследованию эмиссии СО 2 с поверхности почв обращено пристальное внимание как отечественных, так и зарубежных исследователей в связи с глобальной проблемой увеличения концентрации в атмосфере парниковых газов, среди которых диоксид углерода играет главную роль. В настоящее время опубликован ряд работ по оценке почвенной эмиссии СО 2 как на региональных уровнях, так и в глобальном масштабе [3, 6, 7, 11–13, 15, 16].

Показатели почвенного дыхания широко используются для оценки продуктивности экосистем, а также для анализа активности почвенных микроорганизмов. Выделение углекислоты может быть объективным индикатором интенсивности разложения органического вещества почвы и позволяет охарактеризовать одну из важнейших сторон биологического круговорота веществ. В автоморфных почвах СО2 практически единственное летучее соединение, в виде которого происходят потери углерода. Наряду с исследованием эмис- сии СО2 из почв in sity, широкое применение нашел абсорбционный метод исследования эмиссии СО2 в условиях in exp. [12–13].

Почвы юга Приморья остаются практически неизученными в отношении почвенного дыхания, что увеличивает неопределенность при оценке общего дыхания почв России [6]. Это в значительной мере и определяет актуальность проводимых исследований.

Цель работы . Количественное определение эмиссии СО 2 из почв природных ландшафтов.

Задачи исследований :

• 1 .Изучение изменений в показателях общего дыхания почв, относящихся к различным почвенным отделам: структурно-метаморфическому, текстурно-дифференцированному, аллювиальному и техногенным поверхностным образованиям (ТПО).

• 2 .Исследование физико-химических параметров различных почв.

• 3 . Определение каталазной активности почв.

• 4 .Установление связи между физико-химическими параметрами почв, каталазной активностью и эмиссией СО 2 .

Материалы и методы исследований. Объектом исследований явились почвы природных ландшафтов, наиболее распространенные на территории Приморского края, сформированные под пологом широколиственных лесов. Согласно классификации 2004 г. [4], относящиеся к отделу структурно метаморфических почв – это бурозем типичный со строением профиля AY (0-16cм) – BM (16-79) – С (79-120 см); бурозем опод-золенный – AY (0-7см) – EL (7-18) – ВM (14-49) – C (49-98 cм).

Из почв текстурно-дифференцированного отдела, сформированных под разнотравно-злаковой растительностью, исследован подбел темногумусовый типичный с набором генетических горизонтов – АU (0-22cм) – EL (22-34) – BEL (34-54) – C (54-100 cм); подбел темногумусовый глееватый – AU (0-32cм) – ELg (32-42) – BTg (42-67) – G (67-100) – CG (10-120 см); дерново-буро-подзолистая глееватая почва – АY (0-21 см) – BEL (21-34) – BT (34 -53 ) – C (53-100 cм).

Изучены почвы, относящиеся к отделу аллювиальных, сформированные в долинах рек – аллювиальная темногумусовая, профиль которой дифференцирован на горизонты AU (0-42 cм) – C (42-52 cм), и аллювиальная агрогумусовая глееватая: P(5-20 cм) – AYg (35-45) – G (45-68) – C (68-75 cм).

Среди техногенных поверхностных образований исследован литострат (отвалы пород), представленный двумя слоями: I (0-17cм) – II (17-34 cм).

Эмиссию СО 2 определяли абсорбционным методом [14] в условиях in exp. Навеску почвы в количестве 100 г помещали в сосуд-изолятор (d = 10 cм, h = 15 cм), внутрь ставили чашечку (d = 5cм) с 5 мл 2N NaOH. Повторность опыта трехкратная. Время экспозиции 24, 120 и 288 ч. После чего чашечку извлекали и титровали 0,2 N HCl c фенолфталеином. Выделенное количество СО 2 определяли с учетом холостого титрования (щелочь за период экспозиции помещали в сосуд без почвы объемом, равным объему свободного пространства в сосуде). Исследования велись при разном уровне влажности почв, с добавлением дистиллированной воды до величины полной влагоемкости (ПВ) и 60% от ПВ. Наряду с исследованием эмиссии СО 2 из почв определяли показатели каталазной активности почв газометрическим методом [8]. Физикохимические параметры почв – содержание С общ , N oбщ определяли на элементном анализаторе Flash-2000, обменную кислотность почв (рНс) – потенциометрическим методом, сумму обменных оснований – по Каппе-ну-Гельковицу [1]. Оценка содержания гумуса дана по шкале, предложенной Д.С.Орловым с соавторами [9].

Результаты и обсуждение . Согласно схеме агроэкологического районирования, исследуемые почвы сформированы в Южно-Приморской области, расположенной на крайнем юге края, и входят в Партизанскую провинцию [11]. Провинция имеет теплый и мягкий климат и защищена горами от вторжения холодных континентальных воздушных масс. Продолжительность безморозного периода составляет 170 дней, сумма активных температур колеблется в пределах 2300–2500°С, годовая сумма осадков не превышает 800 мм, до 90 % которых выпадает в теплый период года.

Исследованиями охвачены почвы, согласно классификации 2004 г., приуроченные к стволу постлитогенного и синлитогенного почвобразования, которые относятся к отделам: структурно-метаморфические (буроземы типичные, буроземы оподзоленные); текстурно-дифференцированные (темногумусовый подбел типичный, подбелы типичные глееватые); аллювиальные (аллювиальные темно-гумусовые, аллювиальные агрогумусовые глееватые), а также типичные поверхностные образования (ТПО), т.е. литостраты.

Приведем краткую характеристику основных физико-химических параметров исследуемых почв (табл.1). Для буроземов (типичных, оподзоленных) свойственно широкое колебание содержания гумуса в поверхностных горизонтах – от очень высокого до ниже среднего. С глубиной количество гумуса убывает до низких значений.

Физико-химические свойства почв природных ландшафтов юга Приморья

Таблица 1

Почва	Горизонт	Глубина, см	рН солевой	Сумма поглощенных оснований, мэкв/100г почвы	Гумус, %	Nобщ	С:N
Бурозем типичный	АY BM	0-16 16-33	6,1 3,7	37,8 3,7	10,50 2,30	0,44	13,7
Бурозем оподзоленный	АY EL	0-7 7-18	4,1 3,4	27,1 23,6	4,87 3,00	0,23	14,4
Подбел темногумусовый типичный	AU ELn	0-22 22-34	3,3 3,8	11,8 11,6	7,03 3,80	0,38	13,8
Подбел темногумусовый глее-ватый	AU ELng	0-20 20-26	4,3 4,2	12,6 15,9	5,10 2,70	0,26	13,3
Дерновобуроподзолистая глееватая	АY BEL	5-15 20-30	4,1 3,0	11,4 4,4	5,22 1,50	0,27	13,1
Аллювиальная темногумусовая	AU C	0-42 42-52	4,6 4,0	18,0 5,3	4,17 1,50	0,72	3,9
Аллювиальная агрогумусовая глееватая	Р AYg	0-20 20-45	5,1 5,0	24,8 22,4	4,53 3,40	0,14	8,1
Литострат	I II	0-17 17-34	5,8 6,2	15,1 15,5	1,20 0,10	0,05	16,4

Обменная кислотность в поверхностных горизонтах изменяется от слабокислой (бурозем типичный) до сильнокислой (бурозем оподзоленный). В нижних горизонтах показатели рНс снижаются до очень сильнокислой, сумма поглощенных оснований высокая. Соотношение С:N низкое, что свойственно для грубогумусных горизонтов почв.

В подбелах темногумусовых по сравнению с буроземами содержание гумуса несколько снижается. Количество его в горизонте AU варьирует от высоких до ниже средних значений. Реакция среды, судя по параметрам рНс, изменяется от очень сильнокислой до сильнокислой. Сумма поглощенных оснований уменьшается. Соотношение С:N из-за низкой обеспеченности почв азотом низкое.

Для дерново-буро-подзолистых почв характерно содержание гумуса ниже средних значений. С глубиной в горизонте BEL количество его резко сокращается до малых показателей. Гумусообразование протекает в условиях сильнокислой реакции среды. Сумма поглощенных оснований низкая. Соотношение С:N достигает 13, что свидетельствует о меньшей обеспеченности почв азотом и подтверждается низкими показателями N общ.

В поверхностных горизонтах аллювиальных почв (аллювиальная темногумусовая, аллювиальная аг-рогумусовая глееватая) содержание гумуса ниже среднего. Реакция среды кислая, а в агрогенных аналогах среднекислая. По сравнению с дерново-подзолистыми-глеевыми почвами в аллювиальных почвах отмечается возрастание суммы обменных оснований и, судя по соотношению С:N, зафиксирована высокая обога-щенность гумуса азотом.

Для литостратов свойственны очень малое содержание гумуса и слабокислая реакция почвенной среды. Следует отметить низкую сумму поглощенных оснований и азота. Степень обогащенности гумуса азотом, исходя из соотношения С:N, также крайне низкая.

Исследованиями эмиссии СО 2 из поверхностных горизонтов почв (при 60 % от ПВ) установлено, что наибольшие показатели эмиссии свойственны для бурозема типичного. Для этого типа почв характерны высокие показатели содержания гумуса в их поверхностных горизонтах. Усиление эмиссии СО 2 обусловлено, на наш взгляд, складывающимся окислительно-восстановительным режимом, т.е. окислительным по всему профилю [5], а также средней обогащенностью почв каталазой (Ка = 3,4 О2 см³/г за 1 мин из-за высокой микробиологической активности [2, 15]. Обилие органического вещества в поверхностных горизонтах буроземов и высокие значения окислительно-восстановительного потенциала определяют высокую минерализацию органического вещества, что в значительной мере усиливает эмиссию СО 2 .

Низкая эмиссия СО 2 зафиксирована в почвах, относящихся к отделу аллювиальных – аллювиальная темногумусовая почва – и к текстурно-дифференцированному отделу – дерново-буроподзолистой глееватой почве (табл.2). Для данных типов почв, согласно оценочным градациям [9], свойственны уровни содержания гумуса ниже средних значений. Обогащенность почв каталазой (Ка) бедная и очень бедная. Показатели Ка составляют в аллювиальной темногумусовой почве – 1,5, в дерново-буроподзолистой глееватой – 2,3 О 2 см³/г за 1 мин. Самый низкий уровень эмиссии СО 2 свойственен для ТПО, т.е. литострата с низким уровнем содержания гумуса и бедной обогащенностью почв каталазой (0,6 О 2 см³/г за 1 мин). Подбел типичный и подбел темногумусовый глееватый по параметрам потерь СО 2 занимали промежуточное положение между буроземами и аллювиальными почвами (1,05; 1,08 г С-СО 2 м² сутки). Для них характерна слабая обогащен-ность почв каталазой (1,5; 1,6 О 2 см³/г за 1 мин).

Средние показатели потерь СО 2 при 60% от ПВ изменялись в ряду: бурозем типичный (1,92 г) – бурозем оподзоленный (1,86 г) – подбел темногумусовый глееватый (1,08 г) – подбел типичный (1,05 г) – аллювиальная агрогумусовая глееватая (1,03 г) – аллювиальная темногумусовая (0,67 г) – дерновобуроподзолистая глееватая (0,64 г) – литострат (0,27 г С-СО 2 м²/сутки).

Показатели эмиссии СО 2 в почвах юга Приморья

Таблица 2

Почва	Горизонт	60 % от ПВ	100 % ПВ
		г С-СО 2	м2/ сутки
Бурозем типичный	АY	1.92 + 0.37	0.57 + 0.10
Бурозем оподзоленный	АY	1.86 + 0.40	0.66 + 0.05
Темногумусовый подбел типичный	АU	1.05 + 0.26	0.44 + 0.08
Подбел темногумусовый глееватый	АU	1.08 + 0.29	0.43 + 0.10
Дерново-буроподзолистая глееватая	АY	0.64 + 0.14	0.60 + 0.12
Аллювиальная агрогуму-совая глееватая	АU	1.03 + 0.09	0.64 + 0.10
Аллювиальная темногумусовая	АU	0.67 + 0.26	0.44 + 0.18
Литострат	I	0.27 + 0.06	0.14 + 0.04

Коэффициент корреляции (r) для пары Ка-С-СО 2 в исследуемом ряду почв составил +0,78. С содержанием гумуса связь была более тесной, о чем свидетельствовали более высокие показатели r (+0,82). Установлен также высокий коэффициент корреляции между содержанием гумуса и каталазной активностью почв (+ 0,85).

При насыщении почв водой до полной влагоемкости (ПВ) резко снизилось количество СО 2 , выделяемое почвой. Это обусловлено созданием анаэробных условий и ухудшением газообмена между почвой и надпочвенным воздухом.

По величине потерь СО 2 из почв при 60% от ПВ возможно выделение четырех групп: I – >1,62 г с высоким уровнем потерь СО 2 ; II – 1,62–1,11 г – со средним; III – 1,10–0,48 г – с низким; IV –< 0,48 г С-СО 2 м²/сутки – очень низким. В первую группу вошли буроземы (типичные, оподзоленные); во вторую подбел темногумусовый глееватый; третью – темногумусовый подбел типичный, дерново-буроподзолистая, аллювиальная темногумусовая, аллювиальная агрогумусовая глееватая; в четвертую – литострат (ТПО).

Выводы

• 1. Исследованиями эмиссии СО 2 абсорбционным методом в условиях ex.sity в почвах равнинных территорий юга Приморья установлено, что большие потери СО 2 свойственны для буроземов типичных и опод-золенных со средней степенью обогащенности почв каталазой.

• 2. Средние показатели потерь С-СО 2 убывают в ряду: бурозем типичный – бурозем оподзоленный – подбел темногумусовый глееватый – подбел типичный – аллювиальная агрогумусовая глееватая – аллювиальная темногумусовая – дерново-буроподзолистая глееватая – литострат.

• 3.    Во всех исследуемых почвах при насыщении их до величины ПВ эмиссия СО 2 снижается.

• 4.    По показателям потерь СО 2 определены 4 группы почв: I – >1,62 г С-СО 2 м²/сутки с высоким уровнем потерь СО 2 ; II – 1,62–1,11 – со средним; III – 1,10–0,48 – с низким; IV –< 0,48 г С-СО 2 м²/сутки – с очень низким уровнем потерь СО 2 .

• 5.    Установлены высокие коэффициенты корреляции между содержанием гумуса и эмиссией СО 2 (r =+0,82), а также с содержанием гумуса и каталазной активностью почв (+ 0,85). Коэффициент корреляции для пары Ка-С-СО 2 в исследуемом ряду почв составил +0,78.