Динамика минерализации и трансформации лабильных фрагментов органического вещества гумусово-аккумулятивного горизонта дерново-подзолистой почвы

• Автор: Лазарев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 03.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 ПОСТУПЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ
1.2 МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ
1.3 ГУМИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ
1.4 СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 ТЕРРИТОРИЯ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.2 МОДЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ
2.3 ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ГВ МЕТОДОМ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
ГИДРОФОБНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
2.4 ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ГВ ПО МОЛЕКУЛЯРНЫМ МАССАМ МЕТОДОМ ГЕЛЬ-
ФИЛЬТРАЦИИ
2.5 |3С-ЯМР СПЕКТРОСКОПИЯ
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МИНЕРАЛИЗАЦИИ НАТИВНОГО И МЕЧЕНОГО
ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ГУМУСОВО-АККУМУЛЯТИВНОГО ГОРИЗОНТА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ
3.2 ВКЛЮЧЕНИЕ 14С В СОСТАВ АМФИФИЛЬНЫХ ФРАКЦИЙ ОРГАНИЧЕСКОГО
ВЕЩЕСТВА ГУМУСОВО-АККУМУЛЯТИВНОГО ГОРИЗОНТА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ
3.3 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 14С ПО МОЛЕКУЛЯРНЫМ МАССАМ В ОРГАНИЧЕСКОМ
ВЕЩЕСТВЕ ГУМУСОВО-АККУМУЛЯТИВНОГО ГОРИЗОНТА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ
3.4 ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ ГК ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ
МЕТОДОМ 13С-ЯМР СПЕКТРОСКОПИИ
4. ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Органическое вещество почв, несмотря на двухвековую историю его изучения, до сих пор привлекает внимание исследователей в связи с его особой ролью в формировании почвенного профиля, химических и физических свойств почвы и ее плодородия. В последние десятилетия значительно возрос интерес к органическому веществу как важнейшему резервуару углерода в связи с проблемой изменения климата. В связи с этим большое внимание уделяется изучению устойчивости ОВ к биоминерализации, которая, как правило, оценивается по среднему времени жизни (МЯТ) или времени оборачиваемости (т = 1/к, где к — коэффициент минерализации). По этому признаку разными исследователями предлагается выделять различные пулы: метаболическое, активное, медленное, пассивное [52]; легкоразлагаемое органическое вещество, гумус лабильный биоактивный, гумус стабильный биоактивный, относительно биоинертный гумус [8]. Очевидно, что наиболее чутко на изменения климата и другие внешние воздействия реагируют наименее устойчивые к биоминерализации (лабильные) компоненты, поэтому определение их содержания и скоростей их образования представляет несомненный научный интерес.
Поскольку основная масса органического вещества во многих типах почв сосредоточена в верхних гумусированных горизонтах, необходимо получение данных о содержании лабильных компонентов, их принадлежности к различным пулам ОВ почв (микробной биомассе, водорастворимому ОВ, непрочно связанному с минеральными компонентами ОВ), скоростях их
минерализации и возможных механизмах их образования (регенерации). Изучение трансформации лабильных соединений гумуса в природных условиях представляет сложную задачу, поскольку их минерализация полностью или частично компенсируется новообразованием. Выделить вклад минерализационных процессов в динамику гумуса в почве можно с помощью меченых органических соединений, но только при условии, что «поведение» меченых атомов вследствие их «включения» в состав гумуса отражает его динамику в почве [43, 44]. Как правило, в экспериментах с меченной по углероду растительной биомассой скорость ее минерализации значительно выше, чем нативного органического вещества, поскольку длительность экспериментов не позволяет достичь должной ч степени гумификации внесенных меченых растительных тканей.
Поскольку в образовании гумуса принимают участие низкомолекулярные органические соединения либо вследствие реакций конденсации [12], либо через стадию образования и трансформации микробной биомассы, можно предположить, что при внесении микроколичеств низкомолекулярных меченых соединений через сравнительно короткий промежуток времени динамика минерализации меченого углерода будет близка к динамике минерализации нативного органического вещества.
Цель исследования - выявить закономерности минерализации и трансформации нативных и новообразованных лабильных фрагментов органического вещества гумусовоаккумулятивного горизонта дерново-подзолистой почвы

органического вещества: легкоразлагаемое органическое
вещество, гумус лабильный биоактивный, гумус стабильный биоактивный, относительно биоинертный гумус [8].
В состав легкоразлагаемого органического вещества входят продукты разложения свежего органического вещества, простые и водорастворимые органические соединения, прижизненные выделения различных организмов, микробная биомасса, отмершие корневые волоски и детрит (мельчайшие обрывки тканей отмерших организмов с различной степенью биоферментативной трансформированности). Перечисленные компоненты часто воспринимаются как единый активный пул, но могут быть раздельно учтены и даже выделены при специальных исследованиях. Гетерогенность активного пула органического вещества почвы хорошо подтверждается выделением в его составе легко, умеренно и трудноминерализуемых фракций [8].
Лабильный биоактивный гумус представляет собой разнообразную по составу группу органических веществ, представленную прогумусовыми веществами, неогумусом, кислоторастворимым органическим веществом, фракциями ГК 1, ФК, т.е. подвижным гумусом, гидрофильным гумусом, вероятно, легкой денситометрической фракцией, а также органическим веществом макроагрегатов. Характерное время существования лабильного биоактивного гумуса составляет от 10 до 800 лет. Данная группа органических веществ — наиболее активная часть собственно гумуса — становится доступной для микроорганизмов после дестабилизации при различных внешних воздействиях, во многом обусловливает структуру почв. С веществами этой группы связаны потери гумуса в первые годы после распашки в результате разрушения макроагрегатов и изменения баланса