Обзор методов определения скорости разложения органического вещества почв
Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu
Рубрика: Экология и охрана окружающей среды
Статья в выпуске: 2 т.16, 2026 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена анализу методов определения скорости разложения органического вещества (ОВ) в почвах. В рамках обзора установлено, что скорость разложения изменяется в зависимости, как от факторов окружающей среды (температура и влажность), так и от состава и свойств почв (кислотность, содержание азота и калия). Методы определения скорости разложения ОВ разделены нами на лабораторные, химико-аналитические и полевые. К лабораторным относится метод инкубационного эксперимента (CO2-респирация). Самым популярным химико-аналитическим способом является определение активности ферментов (целлюлаза, ероксидаза, -глюкозидаза, фенолоксидаза). В ряду полевых методов охарактеризованы исторические подходы (тканевые льняные полотна) и классический метод «Litter bags». Показано, что наиболее перспективным и стандартизированным общепринятым методом является Tea Bag Index, основанный на закладке в почву на 90 дней зеленого чая и ройбуша для расчета темпов разложения органического вещества. Работа демонстрирует, что использование подходящего метода определения скорости разложения является фундаментальным условием достоверности оценок углеродного баланса и понимания глобальных закономерностей эмиссии СО из почв.
Короткий адрес: https://sciup.org/149151812
IDS: 149151812 | УДК: 631.4 | DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2026.2.3
Methods for Determining the Decomposition Rate of Organic Matter in Soil (A Review)
This article analyses methods for determining the rate of organic matter (OM) decomposition in soils. The review found that the rate of decomposition varies depending on both environmental factors (temperature and humidity) and soil composition and properties (acidity, nitrogen and potassium content). We have divided the methods for determining the rate of OM decomposition into laboratory, chemical-analytical and field methods. The incubation experiment method (CO respiration) falls under the laboratory category. The most popular chemical-analytical method is the determination of enzyme activity (cellulase, peroxidase, -glucosidase, phenoloxidase). Among the field methods, historical approaches (linen cloths) and the classic “Litter bags” method are described. It is shown that the most promising and standardised generally accepted method is the Tea Bag Index, based on burying green tea and rooibos in the soil for 90 days to calculate the rates of organic matter decomposition. The study demonstrates that the use of a suitable method for determining decomposition rates is a fundamental prerequisite for the reliability of carbon balance estimates and for understanding the global patterns of CO emissions from soils.
Текст научной статьи Обзор методов определения скорости разложения органического вещества почв
DOI:
Цитирование. Самусь Д. А. Обзор методов определения скорости разложения органического вещества почв // Природные системы и ресурсы. – 2026. – Т. 16, № 2. – С. 23–29. – DOI:
Ведение
Один из важнейших процессов, протекающих на Земле это разложение органического вещества. Благодаря нему элементы минерального питания становятся доступны растениям и микроорганизмам для роста и процессов метаболизма. В результате разложения живых остатков выделяется углекислый газ (СО2) в атмосферу. Быстрое разложение приводит к повышению содержания этого показателя в атмосфере, а медленное – к увеличению запасов углерода в почвах. Таким образом, зная скорость разложения органического вещества можно понимать процесс и глобальные закономерности эмиссии углекислого газа из почвы. Однако, скорость разложения очень сильно варьирует по всему миру. В условиях холодных температур этот процесс идет медленнее нежели, чем в теплых. Кроме того, такие почвенные свойства как влажность, кислотность или содержание питательных элементов могут дополнительно влиять на скорость разложения [7–14; 21; 24; 25]. Так, например, в результате проведенных исследований 2017 г. в Сиднее было обнаружено, что значение скорости разложения, стабилизация углерода может повлиять на секвестрационный потенциал. Это значение увеличивалось от влажных тропических лесов до гуминовых почв до торфянников. Высокие показатели в сочетании с низкими показателями калия способствовали низкой скорости разложения и накоплению углерода в долгосрочной перспективе [17]. На скорость разложения также оказывает влияние загрязнение почв радионуклидами. Так, на Украине исследования проводились в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС. Исследованиям установлено, что синтез нового стабильного органического вещества не зависел от уровня радиации. В то же время интенсивность разложения растительных остатков была наименьшей в точке с наименьшим уровнем радиационного загрязнения [15]. В холодных условиях на скорость разложения в большей степени влияло содержание азота в почвах. Это доказано в исследованиях в Швеции [22]. В нашей стране подобные исследования проведены группой ученых, целью которых было изучение разложения органического вещества в шести природных зонах вдоль широтного градиента протяженностью 3000 км [23]. Точность данных исследований этого сложного процесса напрямую зависит от метода определения скорости разложения органического вещества.
Целью работы является анализ применяемых в настоящее время и ранее способов определения скорости разложения органического вещества.
Материал и методы
При написании работы авторы использовали методы, применяемые к литературным анализам научных и научно-популярных публикаций, статей в журналах и сборниках конференций, а также методических указаниях.
Результаты и обсуждение
Лабораторные методы . К лабораторным относится метод инкубационного эксперимента (CO2-респирация). Это самый распространенный подход. Суть его состоит в том, что почву инкубируют при контролируемых условиях (температура, влажность) и измеряют скорость выделения CO2 [19]. Также часто используют метод измерения динамики микробной биомассы: субстрат-индуци-рованной респирации (SIR) и фумигации-экстракции (CFE) Суть первого метода заключается в измерении начальной скорости выделения СО2, индуцированного внесением доступного органического субстрата (например, глюкозы), и пересчет эту скорость на содержание микробного углерода [16]. Метод фумигации-экстракции (CFE, FE) – биохимический метод измерения динамики микробной биомассы (углерода, азота, фосфора и серы) в почве. С помощью метода возможно оценить микробную биомассу как разницу концентраций элементов в фумигированном и исходном образцах. Для этого почвы обрабатывают парами фумиганта (хлороформом), что приводит к лизису микробных клеток, что, в свою очередь, способствует высвобождению элементов биомассы, которые можно экстрагировать солевым раствором (0,5 М K2SO4, можно также использовать 2,0 М KCl) [18].
Химико-аналитические методы. Самым популярным способом является определение активности ферментов (целлюлаза, пероксидаза, β-глюкозидаза, фенолоксидаза). В работах мно- гих исследователей установлено, что активность этих ферментов напрямую коррелирует со скоростью разложения. Суть метода заключается в измерении скорости ферментативной реакции и дальнейшая оценка по накоплению конечных продуктов или по убыли субстрата. Также популярными являются изотопные и спектроскопические методы. Так, используя естественные изотопы 313C и 315N можно проследить сдвиг изотопных сигнатур по мере разложения, что позволит оценивать темпы минерализации и степень гумфи-кации. Методы ЯМР, FTIR, Пиролиз-GC не предназначены для определения скорости разложения органического вещества, но могут использоваться для анализа структуры, состава и продуктов разложения органических материалов [27].
Описанные выше лабораторные методы сложны в использовании, а также достаточно дорогостоящие, поэтому возможно применение ряда полевых методов, по которым качественно и количественно можно судить о степени разложения.
Полевые методы . В середине 1940-х гг. исследователи закапывали льняные полотна (рис. 1), чтобы выяснить, насколько они устойчивы к грибному разложению. Лен на 80 % состоит из целлюлозы, соответственно, степень его разрушения отражает активность микроорганизмов, перерабатывающих растительный материал [3–5; 20].
Один из самых известных методов (Litter bags) основан на том, что мешочки с известной массой растительных остатков помещают в почву, а затем регулярно извлекают и определяют остаточную массу (рис. 2). По динамике изменения веса можно судить
Рис. 1. Процесс установки льняного полотна в почву на глубину [20]
Рис. 2. Мешочки с растительными остатками [10]
о скорости разложения органического вещества [1; 2; 6; 26].
В настоящее время в академической и гражданской науке используется Tea Bag Index (TBI). Это Стандартизированный международный метод. В почву на глубину 8 см вносят два типа чая (зеленый – быстро разлагаемый и ройбуш – устойчивый). Через 90 дней по изменению массы рассчитывают темпы разложения и стабилизации органического вещества.
Таким образом, были рассмотрены лабораторные, химико-аналитические и полевые методы. Лабораторные требуют больших денежных затрат, а также сложны в реализации, однако позволяют контролировать ход эксперимента. Полевые методы проще в исполнении, однако, часть из них устарела (метод льняных полотен и мешочков). Единственным полевым методом, применяющимся в настоящее время на практике, остается стандартизированный метод Tea Bag Index. С помощью него возможно определение количественной и качественной оценки скорости разложения органического вещества.
Заключение
Таким образом, проанализировав различные лабораторные и полевые методы определения скорости разложения органического вещества можно сделать вывод, что индекс чайных пакетиков (Tea Bag Index) имеет ряд преимуществ, которые и обеспечили широкое распространение метода в том числе и в гражданской науке. Метод отличается своей простотой (закопать чайный пакетик, достать из почвы, высушить и взвесить), опыт не требует сложного лабораторного оборудования и специальных навыков. Информативность метода помогает сразу выявить разницу в скорости разложения органики путем охвата многих показателей. В отличие от обычного замера потери массы, TBI позволяет рассчитать скорость разложения и фактор стабилизации, который отражает долю трудноразлагаемого материла, остающегося в почве. Одним из ключевых преимуществ является также дешевизна данного метода, что позволяет осуществлять исследования в этой области как ученым, так и работникам сферы гражданской науки.
