Почвовед РУДН установил, что в выбросе углекислого газа из почвы «виновато» железо

Почвовед РУДН установил, что в выбросе углекислого газа из почвы «виновато» железо

Минералы железа и бактерии — могут быть основными агентами выброса углекислого газа в атмосферу из почвы. К такому выводу пришел почвовед РУДН в результате изучения процесса разложения органических остатков растений в микро-масштабах. Оказывается, что железо и перекись водорода из бактерий вступают в реакцию и образуют активные формы кислорода (радикалы кислорода), которые разрушают растительные остатки в почве и способствуют выделению углекислого газа.

Углекислый газ — одна из основных причин глобального потепления. Почти половина всего углекислого газа выделяется в атмосферу за счет почвенного «дыхания». Очаги наиболее интенсивного выделения газа из почвы— разлагающиеся растительные остатки. Но и в этих очагах есть свои «горячие точки» — локальные зоны размером до 1 см3, где растения разлагаются почти в 100 раз быстрее. В этих точках складываются благоприятные условия для почвенных микроорганизмов — сочетание высокой влажности и хорошей аэрации. Раннее считалось, что микробная активность и есть причина интенсивного выделения углекислого газа, но почвовед РУДН показал, что причина в окислительно-востановительных переходах железа, которое содержится в почве.

«Раньше считалось, что основная причина выделения углекислого газа из „горячих точек“ — микроорганизмы, которые воздействуют на растительные остатки специальными ферментами и перерабатывают их в газ. Но мы показали, что существенная часть работы выполняется не только ферментами. Железо способствует образованию активных форма кислорода (радикалов), которые химически воздествуют на нерастворимую органику, разрушают ее и переводят в растворимую форму», — доктор биологических наук Яков Кузяков, руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН.

Почвовед РУДН обратил внимание на то, что микроорганизмы ускоряют разложение растительных остатков, но только в несколько раз — к стократному ускорению микробная активность привести не может. При этом бактерии выделяют перекись водорода, которая может вступать в реакцию с железом и забирать у него электрон. В результате образуются активные формы кислорода — вещества со свободным неспаренным электроном. Такой кислород химически активен и быстро окисляет органические вещества, что в итоге и приводит к разрушению органики.

Чтобы показать, действительно ли активные формы кислорода ответственны за выделение газа, почвоведы создали искусственные «горячие точки». Они поместили 300 граммов почвы в емкость, добавили растительные остатки (сено) и раствор сульфата железа и поддерживали постоянную влажность — 90%. В течение 40 дней они измеряли объем выделяемого углекислого газа, а затем сравнили показатели с количеством газа, который выделяется из почв без железа, без сена, а также из почвы с низкой влажностью (45%). Оказалось, что в первом случае выделяется 22 мг углекислого газа на 1 кг почвы — это примерно в 22 раза больше, чем при пониженной влажности и без растительных остатков. Затем было проанализировано, как изменяется количество железа, углерода, перекиси водорода и активной формы кислорода вблизи «горячей точки». По соотношению этих веществ был сделан вывод, что железо и перекись водорода реагируют друг с другом и производят активный кислород.

«В отличие от старых теорий, в нашей главную роль играют активные формы кислорода. Сценарий простой: все начинается с того, что растительные остатки сами по себе стимулируют рост бактерий. Затем бактерии, размножившись, потребляют почти весь кислород: в таких условиях как раз и концентрируется железо, которое на воздухе обычно окисляется. Далее происходит реакция с перекисью и растворение органики активными формами кислорода. В растворенной форме органика привлекает еще больше бактерий, и интенсивность процесса возрастает в разы», — руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН Яков Кузяков.

Результаты исследований впервые показали, что биологические процессы в горячих точках почвы обусловлены действием свободных радикалов — веществ со свободным электроном. Почвоведы считают, что этот механизм может также иметь место и в других «горячих точках», например, в прилегающей к корням почве — ризосфере. В дальнейшем эти данные можно использовать, чтобы уменьшить выделения углекислого газа из почвы.

Результаты опубликованы в журнале Geoderma.

Новости
Все новости
Наука
30 июля
Химик РУДН нашел способ сделать производство биотполива в 4-10 раз эффективнее с помощью кремниевой матрицы и гетерополикислот

Химик РУДН создал кремниевый молекулярный каркас для получения эфиров из отходов сельского хозяйства, древесной и бумажной промышленности. Он в 4-10 раз повышает эффективность получения эфиров, которые можно использовать как биотопливо. Это позволит снизить энергозатраты и сделает производство биотоплива дешевле. 

Наука
28 июля
Химики РУДН разработали новый путь синтеза веществ для фармацевтики

Химики РУДН предложили универсальный способ синтеза производных тиеноиндолизинов. Свойства этих веществ позволяют использовать их для создания антибактериальных и противораковых препаратов, а также в производстве новых материалов для оптоэлектроники.

Наука
26 июля
Химики РУДН разработали домино-реакцию для получения противоопухолевых препаратов

Химики РУДН предложили новую реакцию для получения сложных органических веществ в одном сосуде. Продукты синтеза оказались эффективными против клеток раковых опухолей, в том числе — устойчивых к известным препаратам.