Влияние температуры и влажности на интенсивность минерализации органического вещества почв

Деструкционная ветвь цикла органического углерода (Сорг) объединяет все многообразие процессов разложения органических веществ (ОВ), а конечным продуктом деструкции является углекислый газ, замыкающий цикл Сорг и сопрягающий его с циклом неорганического углерода и циклом кислорода [1]. Разложение (минерализация) ОВ в почвах имеет, главным образом, микробиологическую природу, поэтому скорость этого процесса часто оценивают по интенсивности выделения СО2 из почв в лабораторных экспериментах различной продолжительности. Считается, что основным абиотическим параметром, позволяющим количественно описать скорость разложения органического вещества в почвах, является ее температура [2]. Температура и влажность почвы принадлежат к числу основных факторов, определяющих скорости минерализации О В почвы. Знание их зависимости от указанных факторов крайне необходимо для моделирования динамики О В почвы. Особенно важным это становится при попытках оценки возможного влияния ожидаемых изменений климата на баланс углерода в экосистемах. При этом остается во многом дискуссионным вопрос: насколько различны температурные зависимости скоростей минерализации лабильных и стабильных пулов О В почвы.

Цель исследований состояла в оценке влияния температуры на изменение скоростей разложения лабильного и устойчивого пулов ОВ почвы?

В условиях лабораторных экспериментов изучалась дыхательная активность трех типов почв (луговой - с содержанием органического углерода 4,3%, лугово-болотной - 4,2% и дерновой лесной - 2,5%) Селенгинского дельтового района бассейна озера Байкал. С целью оценки зависимости скоростей минерализации от температуры и влажности почвы образцы почв, отобранные с глубины 0-10 см, инкубировались при различной влажности (15, 30, 70, 120 и 200% предельной полевой влагоемкости, 1111В) в интервале температур 2, 12, 22, 32, 42 и 52°С в течение 365 дней при каждой температуре, в 3-кратной повторности.

Для сравнительной оценки скоростей минерализации стабильного и лабильного ОВ почв, наряду с «исходными» образцами почвы, инкубировались при тех же условиях образцы тех же почв, предварительно инкубированные при температуре 22°С и влажности 70% 1111В в течение 365 дней. Предполагалось, что если в «свежих» образцах значительная часть эмиссии СО2 может быть обусловлена сравнительно небольшим количеством быстро разлагающегося ОВ почвы, то в образцах, инкубировавшихся в течение года при оптимальных условиях, эта составляющая должна практически полностью минерализоваться, и эмиссия СО2 будет обусловлена оставшимся более стабильным пулом.

Температурная зависимость скорости минерализации ) аппроксимировалась широко известными функциями: Вант-Гоффа

/(И=йо10

где 2ю - коэффициент, показывающий, во сколько раз изменяется значение^?) при изменении температуры Т на 10 °C, Тте£ - значение температуры, при котором ДТ) = 1 (в нашем случае 20°С); и Аррениуса f^ = eR^3

где Е_а - энергия активации. Дж/моль; R 8.31 Дж/(моль-К) - универсальная газовая постоянная.

Обе кривые достаточно хорошо описывают температурную зависимость экспериментальных данных, т.к. в нашем случае в исследованном диапазоне температур нс наблюдалось существенного замедления процесса с ростом температуры

На рис. I приведены зависимости скорости минерализации при фиксированной температуре 20°С (^о) и коэффициента Ою от влажности почвы. Скорость минерализации в целом растет с ростом влажности (заметного снижения ее при переувлажнении не наблюдается: очевидно, из-за малого объема образцов в них не возникают анаэробные условия, являющиеся в этом случае главной причиной замедления минерализации).

Рис. 1 Зависимость скорости минерализации при постоянной температуре 20 С к» (а) и коэффициента Ою(б) от влажности почв: 1 -3 - «исходная» почва, 4-6 - после года инкубации; 1,4- луговая, 2,5 - лугово-болотная, 3,6 - дерновая лесная; вертикальные линии - стандартная ошибка

Как и следовало ожидать, интенсивность минерализации стабильного ОВ почв ниже, чем ОВ «исходной» почвы. Зависимость же от температуры в слу чае стабильного ОВ выражена сильнее (на что указывают более высокие значения коэффициентов О,о и £„). что нс противоречит литературным данным, и может оказаться важным для анализа последствий изменения климата.

Обращает на себя внимание зависимость ко эффициента Ою (а также /'."„) от влажности почвы, более явно выраженная для стабильного ОВ почв.

В современных моделях углеродного цикла температура одинаково влияет на разложение различных пулов ОВ почвы. Наши данные свидетельствуют о том. что необходимо у читывать различие температурных зависимостей минерализации лабильных и стабильных пулов.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 12-04-31300.

Ни гера гура

I Заварзин 1 .А. Лекции по природоведческой биологии. - М.: 11аука, 2004. 348 с.

2. Kirschbaum М 1 J.F. Ilie temperature dependence of organic matter decomposition - still a topic debate // Soil Biol. Biochem 2006. Vol 38 P 2510-2518.