Биодеградация гумуса

УДК

DOI:

Аннотация

Анализ литературных данных и наблюдений авторов в Шиповом и Теллермановском лесостепных лесных массивах указывает на постепенное уменьшение мощности плодородных лесных темно-серых почв лесных и аграрных черноземов. В «древних» богатых почвах слой гумуса, достигнув определенного возраста, начинает разрушаться. Мощность гумусо-аккумулятивного горизонта почв ограничена сверху. Использованы оценки мощности и возраста почв, погребенных под курганными сооружениями и насыпями. В течение ХХ–ХХI вв. мощность гумусо-аккумулятивного горизонта богатых почв Европейской России сокращается. Радиоуглеродный возраст наиболее древних фракций гумуса уменьшается, что свидетельствует об исчезновении этих фракций. Обсуждаются гипотезы непрерывного накопления (убывания) гумуса. Предположительно, тяжелые гуматные фракции гумуса, свойственные наиболее плодородным почвам, уничтожаются почвенными археями, более легкие фульватные фракции, свойственные молодым и мало-продуктивным почвам, сохраняются. Сигналом к началу деструкции гумуса служит высокая концентрация в почвах гуматного гумуса. Для накопления гумуса до «предельных» концентраций требуется примерно 150...180 тыс. лет. Старт деструкции происходит менее чем за 10...20 лет. Начало процессов деструкции и сокращения аккумулятивного горизонта плодородных почв относится к 90-м гг. XIX в. Математическое моделирование, выполненное по материалам наблюдений за концентрацией гумуса в Центрально-Черноземном заповеднике им. В.В. Алехина, показало, что рассматриваемый процесс деструкции занимает около 200 лет и сопровождается сопряженным обогащением атмосферы оксидами углерода (СО₂) и азота (N₂O). Деструкция гумуса в почвах Северного полушария позволяет выявить основной, независимый от антропогенного, источник наблюдаемых изменений состава атмосферы.

Сведения об авторах

М.Г. Романовский¹, д-р биол. наук

В.В. Коровин², д-р биол. наук, проф.

Р.В. Щекалев³, канд. биол. наук

¹Институт лесоведения РАН, ул. Советская, д. 21, с. Успенское, Московская обл., Россия, 143030; e-mail: michrom@mail.ru, schekalevrv@yandex.ru

²Московский государственный университет леса, ул. 1-я Институтская, д. 1, г. Мытищи-5, Московская обл., Россия, 141005; e-mail: vladimir.v.korovin@gmail.com

Ключевые слова

Для цитирования

Романовский М.Г., Коровин В.В., Щекалев Р.В.  Биодеградация гумуса // Лесн. журн. 2017. № 4. С. 187–196. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.187

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Афанасьева Е.А. Черноземы Стрелецкой степи (путеводитель). Первый делегатский съезд почвоведов. М.: АН СССР, 1958. 18 с.

2. Афанасьева Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. М.: Наука, 1966. 224 с.

3. Герасимов И.П. Абсолютный и относительный возраст почв // Почвоведение. 1969. № 5. С. 27–32

4. Глухова Т.В. Влияние атмосферных осадков и пыли на питание болот // Экол. химия. 1995. № 4(4). С. 282–287.

5. Загуральская Л.М. Динамика микробиологических параметров минерализации органического вещества в почвах сосновых лесов Карелии // Лесоведение. 2000. № 2. С. 8–13.

6. Костычев П.А. Почвы черноземной области России, их происхождение и свойства. М.: Сельскохозгиз, 1949. 240 с.

7. Криштофович А.Н. Исследование почвы под курганами в Харьковской губернии // Почвоведение. 1914. № 1-2. С. 33–45.

8. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Розанова Л.Н., Мякшина Т.Л., Сапронов Д.В., Кудеяров В.Н. Многолетний мониторинг эмиссии СО₂ из дерново-подзолистой почвы: анализ влияния гидротермических условий и землепользования // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 21. СПб.: Гидрометеоиздат, 2007. С. 23–43.

9. Марголина Н.Я., Александровский А.Л., Ильичев Б.А., Черкинский А.Е.,
О.А. Чичагова А.Е. Возраст и эволюция черноземов. М.: Наука, 1988. 144 с.

10. Наумов А.В. Дыхание почвы: составляющие, экологические функции, географические закономерности. Новосибирск: СО РАН, 2009. 208 с.

11. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. 256 с.

12. Романовский М.Г. Углерод древних почв – источник эмиссии С в атмосфе-ру // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2012. № 7(90). С. 67–72.

13. Романовский М.Г., Мамаев В.В., Селочник Н.Н., Гопиус Ю.А., Жиренко Н.Г., Кондрашова Н.К., Рубцов В.В., Уткина И.А. Экосистемы Теллермановского леса / под ред. В.В. Осипова. М.: Наука, 2004. 340 с.

14. Романовский М.Г., Судницына Т.Н. Моделирование возраста лесных темно-серых почв на водоразделах среднерусской лесостепи // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. СПб.: Гидрометеоиздат, 2007.
Т. 21. С. 223–231.

15. Таргульян В.О., Соколова Т.А. Почва как биокосная природная система: «реактор», «память» и регулятор биосферных взаимодействий // Почвоведение. 1996.
№ 1. С. 37–41.

16. Федотов Г.Н., Рудометкина Т.Ф., Шалаев В.С. Влияние поверхностно-активных веществ на свойства почв // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2012. № 7(90).
С. 36–45.

17. Федотов Г.Н., Шалаев В.С., Путляев В.И., Иткис Д.М. Исследование наноструктурной организации почвенных гелей // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2010. № 3.
С. 212–222.

18. Battle M., Bender M., Sowers T., Tans P.P., Butler J.H., Elkins J.W., Ellis J.T., Conway T., Zhang N., Lang P., Clarke A.D. Atmospheric Gas Concentrations Over the Past Century Measured in Air from Firn at the South Pole // Nature. 1996. No. 383(6597).
Рp. 231–235.

19. Woese C.R., Kandler O., Wheelis M.L. Towards a Natural System of Organisms: Proposal for the Domains Archaea, Bacteria and Eucarya // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1990. Vol. 87. Рp. 4576–4579.

Поступила 17.01.17

Ссылка на английскую версию:

UDC 630*181

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.187

Humus Biodegradation

M.G. Romanovskiy¹, Doctor of Biological Sciences

V.V. Korovin², Doctor of Biological Sciences, Professor

R.V. Shchekalev¹, Сandidate of Biological Sciences

¹Institute of Forest Science of the Russian Academy of Sciences, ul. Sovetskaya, 21, Uspenskoe, Moscow region, 143030, Russian Federation; e-mail: michrom@mail.ru, schekalevrv@yandex.ru

²Moscow State Forest University, 1-ya Institutskaya ul., 1, Mytishchi-5, Moscow region, 141005, Russian Federation; e-mail: vladimir.v.korovin@gmail.com

The analysis of the literature data and authors’ observations in the Shipov and Tellerman forest-steppe woodlands indicates a gradual decrease in the thickness of the fertile forest dark-gray soils of forest and agrarian chernozems. In the “ancient” rich soils the humus layer, having reached a certain age, begins to deteriorate. The thickness of the humus-accumulative horizon of soils is bounded above. We have used the estimates of the thickness and age of the soils buried beneath the mount structures and earth fills. During the 20‒21st centuries the thickness of the humus-accumulative horizon of the rich soils of European Russia is declining. The radiocarbon age of the most ancient humus fractions decreases, which indicates the disappearance of these fractions. We discuss the hypotheses of continuous humus accumulation (decrease). Presumably, the heavy humate fractions of humus, characteristic of the most fertile soils, are destroyed by soil archaea; the lighter fulvate fractions, peculiar to young and low-productive soils, are preserved. The signal for the onset of humus degradation is the high concentration of humate humus in soils. Approximately 150...180 thousand years are required to accumulate humus up to the maximum concentrations. The period of the destruction onset lasts less than 10...20 years. The beginning of the destruction and reduction processes of the accumulative horizon of fertile soils belongs to the 90's of the 19th century. Mathematical modeling, based on observations over the concentration of humus in the V.V. Alekhin Central Chernozem Reserve, demonstrates that the process of destruction takes about 200 years and will be accompanied by a conjugate enrichment of the atmosphere with carbon dioxides (CO₂) and nitrogen oxides (N₂O). The humus destruction in the soils of the Northern Hemisphere reveals the main source of observed changes in the composition of the atmosphere, independent of the anthropogenic one.

Keywords: ancient soil, humate humus, humus degradation, Shipov and Tellerman forest-steppe woodlands.

REFERENCES

1. Afanas'eva E.A. Chernozemy Streletskoy stepi (putevoditel') [Chernozems of the Strelets Steppe]. Pervyy delegatskiy s"ezd pochvovedov [The 1st Delegate Congress of Soil Scientists]. Moscow, 1958. 18 p.

2. Afanas'eva E.A. Chernozemy Sredne-Russkoy vozvyshennosti [Chernozems of the Middle Russian Upland]. Moscow, 1966. 224 p.

3. Gerasimov I.P. Absolyutnyy i otnositel'nyy vozrast pochv [Absolute and Relative Age of Soils]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1969, no. 5, pp. 27–32.

4. Glukhova T.V. Vliyanie atmosfernykh osadkov i pyli na pitanie bolot [Influence of Atmospheric Precipitation and Dust on the Feeding of Wetlands]. Ekologicheskaya khimiya, 1995, no. 4(4), pp. 282–287.

5. Zagural'skaya L.M. Dinamika mikrobiologicheskikh parametrov mineralizatsii veshchestva v pochvakh sosnovykh lesov Karelii [Dynamics of Microbiological Parameters of Matter Mineralization in Soils of Pine Forests of Karelia]. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2000, no. 2, pp. 8–13.

6. Kostychev P.A. Pochvy chernozemnoy oblasti Rossii, ikh proiskhozhdenie i svoystva [Soils of the Chernozem Region of Russia, Their Origin and Properties]. Moscow, 1949. 240 p.

7. Krishtofovich A.N. Issledovanie pochvy pod kurganami v Khar'kovskoy gubernii [Study of the Soil under the Mounts in the Kharkov Province]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1914, no. 1-2, pp. 33–45.

8. Kurganova I.N., Lopes de Gеrenyu V.O., Rozanova L.N., Myakshina T.L., Sapronov D.V., Kudeyarov V.N. Mnogoletniy monitoring emissii SO₂ iz dernovo-podzolistoy pochvy: analiz vliyaniya gidrotermicheskikh usloviy i zemlepol'zovaniya [Long-Term Monitoring of СО₂ Emission from Sod-Podzolic Soils: Influence Analysis of Hydrothermal Conditions and Land Use]. Problemy ekologicheskogo monitoringa i modelirovaniya ekosistem. T. 21 [Problems of Ecological Monitoring and Modeling of Ecosystems. Vol. 21]. Saint Petersburg, 2007, pp. 23–43.

9. Margolina N.Ya., Aleksandrovskiy A.L., Il'ichev B.A., Cherkinskiy A.E., Chichagova O.A. Vozrast i evolyutsiya chernozemov [Age and Evolution of Chernozems]. Moscow, 1988. 144 p.

10. Naumov A.V. Dykhanie pochvy: sostavlyayushchie, ekologicheskie funktsii, geograficheskie zakonomernosti [Breath of the Soil: Components, Ecological Functions, Geographical Patterns]. Novosibirsk, 2009. 208 p.

11. Orlov D.S., Biryukova O.N., Sukhanova N.I. Organicheskoe veshchestvo pochv Rossiyskoy Federatsii [Organic Matter of Soils of the Russian Federation]. Moscow, 1996. 256 p.

12. Romanovskiy M.G. Uglerod drevnikh pochv – istochnik emissii C v atmosferu [The Carbon of Ancient Soils ‒ the Source of C Emission into Atmosphere]. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2012, no. 7(90), pp. 67–72.

13. Romanovskiy M.G., Mamaev V.V., Selochnik N.N., Gopius Yu.A., Zhirenko N.G., Kondrashova N.K., Rubtsov V.V., Utkina I.A. Ekosistemy Tellermanovskogo lesa [Ecosystems of the Tellerman Forest]. Ed. by V.V. Osipov. Moscow, 2004. 340 p.

14. Romanovskiy M.G., Sudnitsyna T.N. Modelirovanie vozrasta lesnykh temno-serykh pochv na vodorazdelakh srednerusskoy lesostepi [Age Modeling of Forest Dark Gray Soils on the Watersheds of the Central Russian Forest-Steppe]. Problemy ekologicheskogo monitoringa i modelirovaniya ekosistem. T. 21 [Problems of Ecological Monitoring and Modeling of Ecosystems. Vol. 21]. Saint Petersburg, 2007, pp. 223–231.

15. Targul'yan V.O., Sokolova T.A. Pochva kak biokosnaya prirodnaya sistema: “reactor”, “pamyat'” i regulyator biosfernykh vzaimodeystviy [Soil as a Biotic / Abiotic Natural System: a Reactor, Memory, and Regulator of Biospheric Interactions]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1996, no. 1, pp. 37–41.

16. Fedotov G.N., Rudometkina T.F., Shalaev V.S. Vliyanie poverkhnostno-aktivnykh veshchestv na svoystva pochv [Influence of Surface-Active Substances on Property of the Soils]. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2012, no. 7(90), pp. 36–45.

17. Fedotov G.N., Shalaev V.S., Putlyaev V.I., Itkis D.M. Issledovanie nanostrukturnoy organizatsii pochvennykh geley [Research of Nanostructural Organization of the Soil's Gels]. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2010, no. 3, pp. 212–222.

18. Battle M., Bender M., Sowers T., Tans P.P., Butler J.H., Elkins J.W., Ellis J.T., Conway T., Zhang N., Lang P., Clarke A.D. Atmospheric Gas Concentrations Over the Past Century Measured in Air from Firn at the South Pole. Nature, 1996, no. 383(6597),
pp. 231–235.

19. Woese C.R., Kandler O., Wheelis M.L. Towards a Natural System of Organisms: Proposal for the Domains Archaea, Bacteria and Eucarya. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1990, vol. 87, pp. 4576–4579. 

Received on January 17, 2017

For citation: Romanovskiy M.G., Korovin V.V., Shchekalev R.V. Humus Biodegradation. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2017, no. 4, pp. 187–196. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.187