Геологи обнаружили, что запас энергии в органическом веществе почв, которые «отдыхают» после сельскохозяйственной деятельности, за 25 лет может увеличиться в 1,8 раз. К такому выводу они пришли, оценив запас почвенного углерода в образцах из Иркутской области. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Agriculture, Ecosystems and Environment».
Как сообщает пресс-служба Российского научного фонда, почвенный углерод — это источник питания и энергии для микроорганизмов и, следовательно, исходный ресурс для всех биохимических процессов в почве. Оценка этого показателя поможет прогнозировать плодородие на отдельно взятом участке.
Почвенные микроорганизмы осуществляют множество химических превращений, разлагая органические вещества и делая содержащиеся в них элементы минерального происхождения доступными для поглощения корневой системой растений. Бактерии и грибы предпочитают перерабатывать так называемые лабильные органические соединения, которые приносят им больше энергетической выгоды. Но помимо лабильного углерода в почве находятся стабильные органические соединения, остающиеся в ней в течение долгого времени и выполняющие функцию накопления почвенного углерода.
В процессе сельскохозяйственной деятельности структура почвы нарушается, так как идёт регулярная вспашка и прополка, а сбор урожая истощает запасы лабильного почвенного органического вещества — источника энергии для всей экосистемы. При прекращении возделывания на полях восстанавливается естественная растительность. Это привносит в почву углерод в виде растительного опада и продуктов обмена корневой системы. Часть углерода используется микроорганизмами как источник строительного материала и энергии, а другая часть — стабильная и трудно разлагаемая — сохраняется в почве. Количество стабильного и лабильного углерода может рассказать о том, насколько успешным будет увеличение запасов углерода в почве на отдельно взятой территории.
Сотрудники Тюменского государственного университета, института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино), Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН (Иркутск) при участии коллег из научных учреждений России, Китая, Германии и Саудовской Аравии оценили, как меняется запас энергии в почвах, выведенных из сельскохозяйственной деятельности.
Для исследования авторы выбрали территорию полевого стационара СибФИР СО РАН в Заларинском районе Иркутской области, поскольку для него достоверно известна полная история землепользования. Знать её важно, чтобы изучить, как на соотношение стабильного и лабильного углерода в почве влияет именно время, в течение которого земли уже не возделываются, исключая другие потенциально значимые факторы. Авторы отобрали образцы почвы на четырёх участках: на действующей пашне, на пашнях, заброшенных 7 и 25 лет назад, и на лугу, где пахотные работы никогда не проводились.
Чтобы оценить количество стабильного и лабильного углерода в почвах, исследователи нагревали образцы от 30°С до 600°С. При этом они отслеживали скорость сгорания почвенного углерода и количество выделяемой при этой тепловой энергии, чтобы разделить его на лабильный (легкосгораемый) и стабильный (трудносгораемый). Это позволило авторам определить энергию активации лабильного и стабильного углерода — энергетический барьер, который необходимо преодолеть для запуска химических превращений. Так, лабильный углерод имеет меньший энергетический барьер, чем стабильный, и поэтому легче вступает в биохимические реакции, а также приносит больше энергии микроорганизмам, которые его разлагают.
Оказалось, что после 100 лет постоянного землепользования почва всего за 25 лет значительно увеличила запас энергии: он в 1,8 раза превосходил обрабатываемые ныне пашни, в первую очередь за счёт накопления лабильного углерода. Ежегодно почва накапливала примерно 850 килограмм углерода на гектар, при этом лабильный углерод накапливался в 2,8 раз быстрее, чем стабильный. Отслеживание этих характеристик может помочь понять, сколько времени требуется для восстановления запасов энергии полям после возделывания, насколько устойчив почвенный углерод к его микробному разложению и как эти факторы будут влиять на плодородие отдельно взятого участка земли.
- Накопление лабильного углерода в почвенном органическом веществе свидетельствует о восстановлении почвы и перспективах будущего устойчивого землепользования на данной территории. В дальнейшем мы планируем исследовать, как меняются термические свойства почвенного органического вещества под действием микробного разложения. Также мы хотим повторить экспедицию, чтобы посмотреть, как изменились запас и стабильность углерода на наших объектах спустя ещё три года их естественного восстановления, — рассказала руководитель проекта Екатерина Филимоненко.
