Несиликатное железо минерально-ассоциированного органического вещества агрочерноземов разной локализации на склоне

Автор: Цомаева Е.В., Артемьева З.С., Засухина Е.С., Варламов Е.Б.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Статья в выпуске: 115, 2023 года.

Бесплатный доступ

Представлены данные по содержанию валового несиликатного железа (Fed) в минерально-ассоциированном органическом веществе (MAOM) агрочерноземов разной локализации на склоне. Распределение валового несиликатного железа в профиле следует таковому органического углерода: максимальные величины приурочены к поверхностным горизонтам и снижаются вниз по профилю. Выявлено, что изменение содержания несиликатного железа в MAOM илистой фракции в пахотных горизонтах смытых агрочерноземов является следствием эрозионных процессов, включая их интенсивность, зависящей, в том числе, от крутизны склона. Мéньшая крутизна склона (4°) способствует увеличению нагрузки органического углерода (ОС) на оксиды железа, результатом чего является увеличение десорбируемости железа, тогда как в условиях бóльшей крутизны (6°) наблюдается снижение десорбируемости железа. Мольное отношение ОС/Fed предлагается в качестве дополнительного индикационного параметра степени смытости почв. В илистых фракциях, вне зависимости от их локализации в профиле, а также вне зависимости от положения исследованных агрочерноземов на склоне, преобладающим механизмом стабилизации ОВ было образование органо-железосодержащих комплексов (ОС/Fed > 10). В гумусовых горизонтах во фракции Остаток несиликатное железо, по-видимому, присутствует, преимущественно, в виде карбонатов железа (FeCO3), а доля собственно устойчивых в ультразвуковом поле микроагрегатов, ОВ которых представлено, преимущественно, гумином, относительно невелика на фоне абсолютного доминирования в составе данной фракции первичных минералов (вес. %). Бóльшая часть несиликатного железа минеральноассоциированного ОВ, извлекаемого дитионит-цитрат-бикарбонатной вытяжкой локализуется в илистой фракции - 2/3 и более.

Еще

Эрозия почв, органическое вещество, ассоциированное с минеральной матрицей, несиликатное железо, ил, остаток

Короткий адрес: https://sciup.org/143180762

IDR: 143180762 | DOI: 10.19047/0136-1694-2023-115-54-86

Список литературы Несиликатное железо минерально-ассоциированного органического вещества агрочерноземов разной локализации на склоне

Артемьева З.С. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-деградированных почв: Автореф. дис. … докт. биол. наук. Москва, 2008. 49 с.
Артемьева З.С. Органо-минеральные профили агрогенно-эрозионнодеградированных типичных черноземов Западной части Центрально-Черноземного района // Агрохимия. 2009. № 3. С. 1-8.
Артемьева З.С., Травникова Л.С. Изменение характеристик органического вещества и глинистых минералов серых почв в процессе агропедогенеза // Почвоведение. 2006. № 1. С. 96-107.
Артемьева З.С., Данченко Н.Н., Кириллова Н.П., Масютенко Н.П., Дубовик Е.В., Кузнецов А.В., Когут Б.М. Изменение компонентного состава органического вещества макро- и микроагрегатов типичного чернозема под воздействием эрозионных процессов // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1322-1331.
Артемьева З.С., Данченко Н.Н., Колягин Ю.Г., Варламовa Е.Б., Засухина Е.С., Цомаева Е.В., Когут Б.М. Химическая структура органического вещества агрочерноземов разных позиций на склоне // Почвоведение. 2023. № 6. С. 1-11.
Водяницкий Ю.Н. Оксиды железа и их роль в плодородии почв. М.: Наука, 1989. 160 с.
Ермолаев О.П. Пояса эрозии в природно-антропогенных ландшафтах речных бассейнов. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1992. 147 с.
Данченко Н.Н., Артемьева З.С., Колягин Ю.Г.., Когут Б.М. Сравнительный анализ гумусовых веществ и органического вещества физических фракций чернозема типичного // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1241-1254.
Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
Розанов Б.Г. Генетическая морфология почв. М.: Изд-во МГУ, 1975. 290 с.
Саакян В.Г. Окислительно-восстановительные режимы автоморфных и гидроморфных почв нечерноземной зоны и их влияние на органическое вещество: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.: МГУ, 1985. 24 с.
Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах. Тула: Гриф и К, 2005. 336 с.
Титова Н.А. Железогумусовые комплексы некоторых почв // Почвоведение. 1962. № 12. С. 38.
Травникова Л.С., Артемьева З.С., Сорокина Н.П. Распределение гранулоденсиметрических фракций в дерново-подзолистых почвах, подверженных плоскостной эрозии // Почвоведение. 2010. № 4. С. 495- 504.
Artemyeva Z., Danchenko N., Kolyagin Yu., Kirillova N., Kogut B. Chemical structure of soil organic matter and its role in aggregate formation in Haplic Chernozem under the contrasting land use variants // Catena. 2021. Vol. 204. P. 105403.
Baldock J.A., Skjemstad J.O. Role of the soil matrix and minerals in protecting natural organic materials against biological attack // Org. Geochem. 2000. Vol. 31. Р. 697-710.
Barral M.T., Arias M., Guérif J. Effects of iron and organic matter on the porosity and structural stability of soil aggregates // Soil. Res. 1998. Vol. 46. Р. 261-272.
Chen C., Hall S. J., Coward E., Thompson A. Iron-mediated organic matter decomposition in humid soils can counteract protection // Nature Communications. 2020. Vol. 11. Р. 2255.
Chenu C., Plante A.F. Clay-sized organo-mineral complexes in a cultivation chronosequence: revisiting the concept of the “organo-mineral complex” // European J. Soil Sci. 2006. Vol. 57. Р. 596-607.
Dai K.H., Johnson C.E. Applicability of solid state 13CP/MAS NMR analysis in Spodosols: chemical removal of magnetic materials // Geoderma. 1999. Vol. 93. Р. 289-310.
Eusterhues K., Rumpel C., Kleber M., Kögel-Knabner I. Stabilisation of soil organic matter by interactions with minerals as revealed by mineral dissolution and oxidative degradation // Org. Geochem. 2003. Vol. 34. Р. 1591-1600.
Eusterhues K., Rumpel C., Kögel-Knabner I. Organo-mineral associations in sandy acid forest soils: importance of specific surface area, iron oxides and micropores // Eur. J. Soil Sci. 2005. Vol. 56. Р. 753-763.
Guggenberger G., Kaiser K. Dissolved organic matter in soil: challenging the paradigm of sorptive preservation // Geoderma. 2003. Vol. 113. Р. 293- 310.
Harden J.W., Sharpe J.M., Parton W.J., Ojima D.S., Fries T.L., Huntington T.G., Dabney S.M. Dynamic replacement and loss of soil carbon on eroding cropland // Glob. Biogeochem. Cycles. 1999. Vol. 13. Р. 885-901.
Heckman K., Lawrence C.R., Harden J.W. A sequential selective dissolution method to quantify storage and stability of organic carbon associated with Al and Fe hydroxide phases // Geoderma. 2018. Vol. 312. Р. 24-35.
Jeanroy E., Guillet B., Ortiz R. Evaluation of iron forms by chemical extractants // Sci. Sol. 1986. No. 1. P. 137-138.
Jumbu P., Moucawi J., Dupuis N., Dupuis J. Studies on the degree of condensation of humic acides and humins of loamy soils, in Atlantic climate // Sci. sol. 1986. No. 1. P. 53-54.
Kaiser K., Guggenberger G. The role of DOM sorption to mineral surfaces in the preservation of organic matter in soils // Org. Geochem. 2000. Vol. 31. Р. 711-725.
Kaiser K., Guggenberger G. Sorptive stabilization of organic matter by microporous goethite: sorption into small pores vs. surface complexation // Eur. J. Soil Sci. 2007. Vol. 58. Р. 45-59.
Kaiser K., Guggenberger G., Haumaier L., Zech W. Dissolved organic matter sorption on subsoil and minerals studied by 13C-NMR and DRIFT spectroscopy // Eur. J. Soil Sci. 1997. Vol. 48. Р. 301-310.
Kleber M., Eusterhues K., Keiluweit M., et al. Mineral-organic associations: formation, properties, and relevance in soil environments // Adv. Agron. 2015. Vol. 130. Р. 1-140.
Kögel-Knabner I., Guggenberger G., Kleber M., et al. Organo-mineral associations in temperate soils: Integrating biology, mineralogy, and organic matter chemistry // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2008. Vol. 171. Р. 61-82.
Kunhi Mouvenchery Y., Kučerík J., Diehl D., Schaumann G.E. Cationmediated cross-linking in natural organic matter: a review // Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 2012. Vol. 11.Р. 41-54.
Lal R. Soil erosion and the global carbon budget // Environ. Int. 2003. Vol. 29 (4). P. 437-450.
Lalonde K., Mucci A., Ouellet A., Gélinas Y. Preservation of organic matter in sediments promoted by iron // Nature. 2012. Vol. 483. Р. 198-200.
Lehmann J., Kinyangi J., Solomon D. Organic matter stabilization in soil microaggregates: implications from spatial heterogeneity of organic carbon contents and carbon forms // Biogeochemistry. 2007. Vol. 85. Р. 45-57.
von Lützow M., Kögel-Knabner I., Ekschmitt K., Matzner E., Guggenberger G., Marschner B., Flessa H. Stabilization of organic matter in temperate soils: mechanisms and their relevance under different soil conditions - a review // Eur. J. Soil Sci. 2006. Vol. 57. Р. 426-445.
Mehra O.P., Jackson M.L. Iron oxide removal from soils and clays by a dithionitecitrate system buffered with sodium bicarbonate // Clay Miner. 1960. Vol. 7. Р. 317-327.
Melton E. D., Swanner E. D., Behrens S., Schmidt C., Kappler A. The interplay of microbially mediated and abiotic reactions in the biogeochemical Fe cycle // Nat. Rev. Microbiol. 2014. Vol. 12. Р. 797-808.
Muneer M., Oades J. The role of Ca-organic interactions in soil aggregate stability. III. Mechanisms and models // Aust. J. Soil Res. 1989. Vol. 27. Р. 411.
Pronk G.J., Heister K., Kogel-Knabner I. Iron Oxides as Major Available Interface Component in Loamy Arable Topsoils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2011. Vol. 75. Р. 2158-2168.
Senesi N., Loffredo E. Metal ion complexation by soil humic substances. // Chemical Processes in Soil. Soil Sci. Soc. of America, Sparks D.L., Tabatabai M.A. (Eds.), Inc., Madison, WI, 2005. P. 563-618.
Solomon D., Lehmann J., Harden J., Wang J., Kinyangi J., Heymann K., Karunakaran C., Lu Y., Wirick S., Jacobsen C. Micro- and nano-environments of carbon sequestration: multi-element STXM-NEXAFS spectromicroscopy assessment of microbial carbon and mineral associations // Chem. Geol. 2012. Vol. 329. Р. 53-73.
Totsche K., Amelung W., Gerzabek M., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., et al. Microaggregates in soils // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2018. Vol. 181. Р. 104-136.
Wagai R., Mayer L.M. Sorptive stabilization of organic matter in soils by hydrous iron oxides // Geochim. Cosmochim. Acta 2007. Vol. 71. Р. 25-35.
Weng L.P., Koopal L.K., Hiemstra T., Meeussen J.C.L., Van Riemsdijk W.H. Interactions of calcium and fulvic acid at the goethite-water interface // Geochim. Cosmochim. Acta. 2005. Vol. 69. Р. 325-339.
World reference base for soil resources 2014. A framework for international classification, correlation and communication, Word Soil Resource Report 106. FAO. Rome. 2014. 181 p.
Zhao Q., Poulson S.R., Obrist D., Sumaila S., Dynes J.J., McBeth J.M., Yang Yu. Iron-bound organic carbon in forest soils: quantification and characterization // Biogeosciences. 2016. Vol. 13. Р. 4777-4788.

Еще

Статья научная