Почвоведы РУДН разработали новый метод оценки качества почвы

Почвоведы РУДН разработали новый метод оценки качества почвы

Почвоведы РУДН выявили прямую корреляцию между скоростью образования почвой углекислого газа, именуемой эмиссией СО2, и содержанием в ней биомассы микроорганизмов. Известно, что эмиссия СО2 из почвы обусловлена в основном дыханием почвенных микроорганизмов и корней растений. Чем больше почва выделяет СО2, тем, как правило, большую биомассу микроорганизмов она содержит. Показано, что эмиссия СО2 черноземом разных экосистем (или разных типов землепользования) коррелирует с содержанием микробной биомассы, а наиболее тесно — со скоростью его микробного дыхания. А почва с хорошими микробными свойствами обладает «лучшим качеством», более плодородна, обеспечивает наибольшую урожайность сельскохозяйственных культур и другой растительной биомассы.

Исследования, связанные с одновременным измерением эмиссии СО2 из почвы разного землепользования и ее микробными свойствами, проводятся не столь часто, а результаты таких исследований во многом бывают противоречивыми. Поэтому для изучения возможной взаимосвязи этих показателей почвоведы из РУДН совместно с коллегами из ИФХиПП РАН (Пущино) проанализировали черноземные почвы целинной степи, широколиственного леса, чистого пара и города, локализованные в лесостепной зоне европейской России (Курская область).

Преобразование естественных экосистем в пахотные и городские приводит к ухудшению функционирования почвенного микробного сообщества и выражается в уменьшении его биомассы и ее дыхательной активности. Принимая во внимание, что не менее половины потока СО2 с поверхности почвы в атмосферу обеспечивается дыханием почвенных микроорганизмов (образование СО2), а трансформация наземных экосистем сопровождается, как правило, ухудшением функционирования почвенного микробного сообщества (уменьшение биомассы, угнетение дыхательной активности) и снижением содержания доступного почвенного органического углерода, почвоведы выдвинули научную гипотезу о том, что между эмиссией СО2 из почвы и ее микробными свойствами должна быть определенная взаимосвязь.

«Учитывая, что эмиссия СО2 из почвы регулируется гидротермическими условиями (температура, влажность), а для почв степной зоны важное значение имеет ее влажность, то оценка микробного дыхания этих почв в течение вегетационного периода позволит выявить ее взаимосвязь с эмиссионным потоком этого газа», — говорит соавтор статьи Кристина Иващенко из РУДН.

Ежемесячно с мая по октябрь почвоведы РУДН измеряли в естественных условиях эмиссию СО2 чернозема степи некосимой, леса (дубрава), чистого пара и луга (расположен в городе). Эмиссию СО2 с поверхности почвы определяли методом закрытой камеры с помощью инфракрасного газоанализатора. Сразу после измерения эмиссионной активности почвы были отобраны ее образцы из верхнего 10-ти см слоя, которые затем доставляли в лабораторию для измерения микробиологических показателей. Содержание углерода микробной биомассы (СМИК) анализировали с помощью метода субстрат-индуцированного дыхания, который основан на дыхательном отклике почвенных микроорганизмов на внесение в почву одного из основных метаболитов разложения растительного опада — глюкозы. Микробное дыхание (МД) почвенных микроорганизмов определяли в образцах почвы без корней растений, которые удалены их просеиванием.

Эмиссия СО2 с поверхности почвы (надземную растительность предварительно срезали) в разных экосистемах за 6 месяцев наблюдения варьировала от 2,0 до 35,8 г СО2 м-2 сут). Она была самой высокой в степи (23,8 г СО2 м-2 сут), ниже — в лесу и городе (15,0 и 15,3 г СО2 м-2 сут соответственно) и самой низкой на чистом пару (3,7 г СО2 м-2 сут). Показано, что эмиссия СО2 из почвы степи, леса и города была в среднем в 4–6 раз выше, чем чистого пара, на котором растительность удаляли периодическим вспахиванием.

Содержание СМИК в верхнем 10-см слое почвы в изученных экосистемах составило от 251 (чистый пар) до 1713 мкг С г-1 (лес). Оказалось, что в почве каждой изученной экосистемы на протяжении вегетационного периода содержание СМИК не различалось значимо. При этом, содержание СМИК почвы в ненарушенных экосистемах (лес, степь) оказалось в среднем в 3–5 раз выше, чем в нарушенных (город, чистый пар).

МД почвы лесных, степных, паровых и городских участков варьировало от 0,28 (пар) до 1,81 мкг СО2-С г-1 ч-1 (лес). Величина МД почвы чистого пара и города за исследуемый период почти не менялась, в лесу и степи оно было самым высоким, причем в лесу — в октябре, в степи — в июле и августе. МД в ненарушенных экосистемах (лес, степь) было в среднем в 2–4 раза выше, чем в нарушенных (город, чистый пар).

Исследование продемонстрировало, что эмиссия СО2 с поверхности почвы изученных экосистем в течение вегетационного периода положительно коррелировала с содержанием СМИК и МД верхнего 10-ти см слоя почвы (r=0,56 и 0,74 соответственно). Проведенный регрессионный анализ экспериментальных данных показал, что эмиссия СО2 с поверхности чернозема разного землепользования в течение вегетационного периода определялась содержанием СМИК на 52% и величиной МД — уже на 78%. Иными словами, эмиссионная активность чернозема разного землепользования связана с обогащенностью почвы микроорганизмами и, в большей степени, их дыхательной активностью, которая, в свою очередь, зависела и от климатических условий (температура, влажность).

Таким образом, для лесостепной подзоны европейской России между эмиссией СО2 из почвы разного типа землепользования и ее микробными свойствами выявлена тесная корреляция и регрессионная взаимосвязь, что может быть весьма востребовано для прогнозирования этого процесса на определенной территории с разными экосистемами. Полученные экспериментальные результаты могут быть использованы и для более рационального ведения сельского хозяйства.

Исследования почвоведов РУДН показали, что эмиссия СО2 из почвы разных экосистем может быть рассчитана на основе экспериментальных данных —микробного дыхания для верхнего наиболее биогенного 10-сантиметрового слоя почвы. Такие результаты будут полезны для оценки эмиссии СО2 из почвы для более широкого ряда экосистем (типов землепользования) лесостепной растительной подзоны. Иными словами, отбор проб почвы на протяжении вегетационного периода с последующим измерением их микробного дыхания в лабораторных условиях может служить основой для расчета эмиссионной активности почвы на определенной территории.

Статья в журнале Eurasian Soil Sience.

Новости
Все новости
Наука
04 декабря
Биолог РУДН раскрыл, как безвредная бактерия превращается в фитопатоген

Биолог РУДН предположил, что виды опасных для растений бактерий рода Xanthomonas развиваются из своих безвредных «родственников». Гены, которые обеспечивают способность вызывать заболевания, они приобретают у бактерий других видов.