1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 6, 2022

Почвоведение, 2022, № 6, стр. 701-712

Химическая структура органического вещества водоустойчивых структурных отдельностей типичного чернозема в условиях контрастного землепользования: твердотельная CP-MAS 13C-ЯМР-спектроскопия

З. С. Артемьева a, *, Н. Н. Данченко a, Ю. Г. Колягин b, Н. П. Кириллова c, Е. В. Цомаева a, Б. М. Когут a

a Почвенный институт им. В.В. Докучаева
119017 Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Россия

b Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

c Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

* E-mail: artemyevazs@mail.ru

Поступила в редакцию 15.10.2021
После доработки 13.12.2021
Принята к публикации 30.12.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучена химическая структура разных пулов органического вещества (ОВ) водоустойчивых макро- и свободных микроагрегатов типичного чернозема в контрастных вариантах землепользования (степь и длительный чистый пар) методом твердотельной 13C-ЯМР-спектроскопии. Выявлено, что по мере уменьшения размера структурных отдельностей увеличивается степень защиты ОВ, что подтверждается интегральными показателями химической структуры ОВ: меньшей степенью разложения, ароматичности и гидрофобности. Негативное влияние длительного функционирования почвы в режиме чистого пара отражается в резком увеличении интегральных показателей химической структуры во всех исследованных пулах ОВ, и более выражено для свободных микроагрегатов. Предложенные модели множественной линейной регрессии для прогнозирования величины отношения C/N ($R_{{adj}}^{2}$ = 0.993, P < 0.05 – свободное и агрегированное ОВ, $R_{{adj}}^{2}$ = 0.996, P < 0.05 – ОВ фракций ил и остаток) хорошо объясняют ее увеличение в варианте пар, отражая предельные потери азота в ОВ, которое по своему статусу приближается к деградировавшему. Размер илистых частиц определяется комплексом факторов, что демонстрирует предложенная модель множественной линейной регрессии. Лучшая модель, где все параметры были значимыми ($R_{{adj}}^{2}$ = 0.997, P < 0.05), наглядно показывает, что размер илистых частиц увеличивается по мере уменьшения количества гидрофобных фрагментов ОВ, доли смектитов в минералогическом составе ила, увеличения концентрации С, стабилизированного илистыми частицами.

Ключевые слова: грануло-денсиметрическое фракционирование, 13С-ЯМР -спектроскопия, средний диаметр илистых частиц

ВВЕДЕНИЕ

Стабилизация органического вещества (ОВ), обеспечиваемая его физико-химической защитой в структурных отдельностях почвы, имеет решающее значение для накопления и поддержания его запасов в почве [33]. Важным следствием защиты ОВ внутри структурных отдельностей является замедление процессов его минерализации [34], чувствительных ко многим факторам, в том числе варианту землепользования [38].

В пределах определенной размерной фракции структурных отдельностей может присутствовать смесь отдельных частиц, минеральных зерен, организмов и даже полных макро- и микроагрегатов [40]. Количество и качество ОВ в структурных отдельностях могут различаться, поскольку агрегаты разных размеров могут иметь различную структуру и пористость [12].

Большинство исследователей придерживается мнения, что ОВ внутри микроагрегатов защищено лучше по сравнению с таковым макроагрегатов [9, 16, 22, 37, 39, 43]. Однако имеются сведения, что оборот ОВ микроагрегатов может быть более динамичным, чем это принято считать [10, 18, 19, 35, 39]. Как подчеркивают некоторые авторы, точные механизмы защиты и время пребывания ОВ в макро- и микроагрегатах не совсем ясны [11, 37]. Таким образом, несмотря на многочисленность исследовательских работ по данной проблеме, единого мнения не существует.

Цель работы – исследовать ОВ водоустойчивых макро- (ВСАма) и микроагрегатов (ВСАми) типичного чернозема в контрастных вариантах землепользования методом твердотельной 13C-ЯМР-спектроскопии.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объект исследования – типичный чернозем в условиях контрастных видов использования: степь (Центрально-Черноземный государственный биосферный заповедник “Стрелецкая степь”, Курская область) и длительный (52 года) чистый бессменный пар без удобрений (Курский НИИ агропромышленного производства). Территория исследованных участков типична для Центрально-Черноземного региона. Климат умеренный. Среднегодовая температура – 4.8–5.3°С. Среднегодовое количество осадков – 540 мм. Почва – среднесуглинистый типичный чернозем [2] (Haplic Chernozem [44]) на лёссовидных отложениях с содержанием ила (<1 мкм) 18.4–22.9%, пыли (50–1 мкм) 69–70%, песка (50–2000 мкм) 8–12%, Сорг 2.6–4.8%, ${\text{p}}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ 6.8–6.9. Образцы отбирали с глубины (5–25 см) с каждого варианта опыта в трехкратной повторности.

После сухого просеивания всего почвенного образца получены следующие фракции: >10, 10–7, 7–5, 5–3, 3–2, 2–1, 1–0.5, 0.5–0.25, <0.25 мм. Далее, согласно модификации Хана [5] метода Саввинова, мокрому просеиванию подвергали воздушно-сухие агрегаты размером 2–1 мм. Выбор агрегатов данного размера обусловлен их наибольшим вкладом в Собщ почвы [3].

Для выделения пулов ОВ применяли модифицированный вариант грануло-денсиметрического фракционирования, полная схема которого представлена ранее [6]. Схема позволяет выделить 4 пула ОВ: неагрегированное, свободное (ЛФСВ); агрегированное (ЛФАГР); ил и остаток.

Содержание C и N в грануло-денсиметрических фракциях определяли методом каталитического сжигания на анализаторе ТОС Analyzer (Shimadzu, Япония). Все измерения выполняли в трехкратной повторности.

Твердофазные 13С-ЯМР-спектры регистрировали на спектрометре Bruker Avance-II NMR 400 WB, работающем на частоте 100.4 МГц для 13С, с 4 мм H/Х MAS WVT зондом. Количественные характеристики спектров контролировали с помощью метода с прямой поляризацией ядер 13С (13C-DP/MAS NMR). Детали методики описаны ранее [15]. Выделяли области, соответствующие следующим химическим типам С: алкильную (Alk) (0–47 м. д.), О-алкильную (О-Alk) (47–113 м. д.), ароматическую (∑Ar) (113–160 м. д.), карбоксильную (COOH) и карбонильную (CHO) (160–214 м. д.). Рассчитывали следующие показатели ОВ: DI = = Alk/ΣO-Alk – интегральный показатель разложения ОВ [8, 41]; ARI = ΣAr/ΣAlk + O-Alk + ΣAr – степень ароматичности ОВ [23]; HI = (Alk + + Ar)/(О-Me + ∑O-Alk + Carboxyl + Carbonyl + + Phenolic) – индекс гидрофобности ОВ [45]. Рассчитывали относительные вклады основных биомолекул в структуру стабильного ОВ исследованных пулов [15].

Средний диаметр илистых частиц определяли методом динамического светорассеивания на анализаторе NanoBrook Omni (Brookhaven Instruments Corporation, США).

Статистическую обработку результатов выполняли с помощью статистического пакета Microsoft Excel 2010 (Microsoft Corporation, США) и Origin Pro 8 (Origin Lab. Corporation, США). Уровень значимости P < 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Качественный состав ОВ выделенных фракций (CP-MAS 13С-ЯМР спектроскопия). Относительные доли разных типов С в пулах ОВ, полученные интегрированием спектров ЯМР, приведены в табл. 1 и на рис. 1.

Таблица 1.  

Относительная интенсивность сигналов в 13С-ЯМР-спектрах (% общей интенсивности), С/N, DI (Alk/ΣO-Alk) – степень разложения ОВ, ARI (ΣAr/ΣAlk + O-Alk + ΣAr) – степень ароматичности ОВ, HI ((Alk + Ar)/(О-Me + ∑O-Alk + + Carboxyl + Carbonyl + O-Ar)) – индекс гидрофобности ОВ разных фракций в составе водоустойчивых структурных отдельностей, а также количество липидов и полипептидов

Фракция Alk ΣO-Alk Ar О-Ar ΣAr COOH CHO DI ARI HI С/N Липиды Поли-пеп-тиды
0–47 47–113 113–141 141–160 160–188 188–214
Макроагрегаты (ВСАма), 1–2 мм
Степь
ЛФСВ 17.7 36.3 20.3 8.6 28.9 14.4 2.7 0.49 0.35 0.61 15.8 10.9 17.3
ЛФАГР 14.9 26.6 30.0 10.7 40.7 15.3 2.5 0.56 0.50 0.81 13.8 7.8 17.7
Ил 19.9 29.8 23.0 7.5 30.5 18.8 1.0 0.67 0.38 0.75 9.2 9.7 25.8
Остаток 20.6 33.3 20.8 7.8 28.6 17.0 0.6 0.62 0.35 0.71 9.9 11.9 21.9
Пар
ЛФСВ 33.2 21.5 22.5 5.9 28.5 11.7 5.1 1.55 0.34 1.26 24.6 28.8 11.1
ЛФАГР 11.0 16.4 41.8 11.5 53.3 15.6 3.7 0.67 0.66 1.12 10.3 5.6 13.5
Ил 17.4 23.7 27.4 9.4 36.7 20.4 1.8 0.73 0.47 0.81 10.9 8.4 22.6
Остаток 16.9 29.5 26.2 8.5 34.7 17.0 2.0 0.57 0.43 0.76 11.8 9.5 18.7
Микроагрегаты (ВСАми), <0.25 мм*
Степь
ЛФАГР 13.3 24.0 31.4 10.5 41.9 16.7 4.0 0.55 0.53 0.81 14.2 6.2 18.0
Ил 17.9 30.4 21.9 7.0 28.9 21.3 1.5 0.59 0.37 0.66 9.5 8.2 24.5
Остаток 17.2 31.9 22.2 7.4 29.6 18.3 3.0 0.54 0.38 0.65 10.5 9.5 19.7
Пар
ЛФАГР 8.6 12.8 46.7 12.6 59.2 15.5 3.8 0.67 0.73 1.24 20.5 3.5 13.1
Ил 24.0 25.2 21.8 8.1 30.0 18.6 2.3 0.95 0.38 0.84 9.5 15.3 21.8
Остаток 13.3 20.2 31.8 11.3 43.1 18.6 4.8 0.66 0.56 0.82 13.1 7.3 15.1

* Содержание фракции ЛФСВ не определяли. Примечание. ВСАма – водоустойчивые макроагрегаты (2–1 мм); ВСАми – водоустойчивые микроагрегаты (<0.25 мм).

Рис. 1.

Спектры твердофазной 13С-ЯМР-спектроскопии, полученные для разных пулов ОВ (ЛФСВ, ЛФАГР, ил, остаток) ВСАма (а) и ВСАми (b) в контрастных вариантах землепользования: 1 – вариант степь, 2 – пар.

Свободное ОВ почвы (ЛФСВ) (плотность <1.8 г/см3). Вклад в общую интенсивность спектра разных типов С увеличивается в ряду: CHO < COOH < < Alk < ΣAr < ΣO-Alk. Максимальный вклад O-Alk фрагментов указывает на доминирование полисахаридов. Высок вклад ΣAr фрагментов, главным образом, лигнинового происхождения. Заметное долевое участие Alk-С указывает на обогащение поступающего органического материала, липидами и воскообразными растительными веществами (например, кутином и суберином).

Спектры свободного ОВ, локализованного в ВСАма, резко различаются по вариантам землепользования, в том числе визуально. В варианте пар резко увеличивается доля Alk-С (в 2 раза). Интересно, что вклад Alk-С превышает таковой O-Alk-С. Видимо, столь резкое увеличение доли Alk-С носит относительный характер и обусловлено уменьшением (в 1.7 раза) доли легкоразлагаемых О-Alk фрагментов и, соответственно, селективным накоплением более устойчивых к разложению липидов и восков. В составе общей группы О-Alk фрагментов наиболее резко (в 2 раза) уменьшаются доли первичных и вторичных незамещенных спиртовых/эфирных фрагментов (60–80 м. д.), что свидетельствует об интенсивной утилизации микробиотой углеводов и лигниновых соединений, обогащенных ими. Это сопровождается значительным сокращением доли полипептидов (>1.5 раза) и обусловлено уменьшением содержания микробной биомассы и продуктов ее жизнедеятельности в условиях острого недостатка питательных и энергетических ресурсов.

Увеличение доли Alk фрагментов хорошо согласуется с ростом доли липидов во фракции ЛФСВ – их вклад увеличивается в 2.6 раза. Видимо, в условиях практически полного отсутствия поступления свежего ОВ в течение длительного времени на фоне утилизации легкодоступных для разложения органических материалов происходит селективное накопление наиболее гидрофобных компонентов природного ОВ. Последнее подтверждается величиной индекса гидрофобности (HI), который в варианте пар (>2 раза) больше по сравнению с вариантом степь. Следовательно, вероятность включения ЛФСВ такого качества в состав микроагрегатов внутри структурных отдельностей (мВСА) (с перспективой преобразования его в ЛФАГР) в варианте пар существенно меньше, чем в варианте степь.

Степень разложения (DI) ЛФСВ в ВСАма в варианте пар по сравнению с вариантом степь увеличивается (>3 раза) на фоне незначительного уменьшения степени ароматичности (ARI): 0.34 против 0.35 соответственно (табл. 2).

Таблица 2.  

Коэффициенты полиномиальной статистической модели C/N для дискретного ОВ (ЛФСВ и ЛФАГР): y = A0+ A1x1+ A2x2+ A3x3+ A4x4

Параметр A Значение Стандартная ошибка t-значение Уровень значимости (P) $R_{{adj}}^{2}$
x1 A1 45.80318 9.04614 5.06329 0.00389 0.9925
x2 A2 0.52382 0.09862 5.31157 0.00316
x3 A3 20.34547 2.57956 7.88719 5.27 × 10–4
x4 A4 –1.54764 0.44647 –3.46635 0.01792

Примечание: x1 = ARI(∑Ar/[Alk + ∑O-Alk + ∑Ar]); x2 = Carbohydrates (% интенсивности); x3 = DI (Alk/∑O-Alk); x4 = COOH (% интенсивности); n = 10; RMSE = 1.58; P < 0.05.

Учитывая небольшое количество ВСАма в варианте пар (<0.3%), выявленные параметры (низкая концентрация N (0.8% во фракции), максимальные величины индексов разложения (1.6) и гидрофобности (1.3), а также максимальный вклад липидов (29%) в ЛФСВ) можно считать предельными для существования структурных отдельностей такого размера в столь критических экологических условиях.

Агрегированное ОВ почвы (ЛФАГР) (плотность <1.8 г/см3). Спектры фракции ЛФАГР в ВСАма (степь) кардинально отличаются от таковых ЛФСВ, прежде всего, уменьшением вклада O-Alk фрагментов (в 1.4 раза) на фоне увеличения (>1.4 раза) количества ΣAr фрагментов, что свидетельствуют о более глубокой степени микробиологической переработки органического материала ЛФАГР по сравнению с таковой ЛФСВ. Характер распределения вкладов разных типов С в общую интенсивность спектра меняется: CHO < Alk < COOH < < ΣO-Alk < ΣAr. Пониженная доля Alk фрагментов в ЛФАГР ВСАма по сравнению с таковой в ЛФСВ хорошо согласуется с уменьшением доли липидов в ЛФАГР (в 1.4 раза) по сравнению с ЛФСВ. Тем не менее, степень гидрофобности ЛФАГР больше, чем в ЛФСВ: 0.81 против 0.61, соответственно, что обусловлено уменьшением вклада углеводов и ростом ΣAr структур при переходе от ЛФСВ к ЛФАГР.

Спектры ЛФАГР, локализованного в ВСАми (степь) близки таковым в ВСАма. В целом, в ЛФАГР ВСАми следует отметить незначительное уменьшение доли всех основных фрагментов, за исключением ΣAr фрагментов, доля которых в ВСАми по сравнению с таковой в ВСАма незначительно увеличивается (41.9 против 40.7% соответственно). Это сопровождается увеличением в ВСАми доли карбоксильных (в 1.1 раза) и карбонильных групп (в 1.6 раза).

В ЛФАГР в ВСАми по сравнению с ВСАма несколько меньше доля Alk фрагментов, однако степень гидрофобности ОВ в ВСАми идентична таковой в ВСАма (~0.81), что определяется бóльшим вкладом Ar и меньшим O-Alk фрагментов. Это могло бы свидетельствовать о незначительном увеличении способности ЛФАГР к адгезии по мере уменьшения размерности ВСА, однако заметные отличия в форме пиков Alk фрагментов ЛФАГР в ВСАми по сравнению с таковыми в ВСАма свидетельствуют об обратном. В алкильной области спектра (0–47 м. д.) ЛФАГР в ВСАми четко выделяется лишь один пик с максимумом ~30 м. д., обусловленный в основном сигналами метиленовых групп длинноцепочечных алифатических соединений, которыми обогащены воскообразные компоненты растительного и животного происхождения [25]. В спектре ЛФАГР ВСАма наблюдаются два плохо разрешенных пика с максимумами ~30 и ~25 м. д. (характеризующих терминальные метильные группы; метиленовые группы, соседствующие с акцепторными карбоксилами и карбонилами в липидах и восках, а также ацетильные группы, присутствующие в гемицеллюлозах). Таким образом, в спектре ЛФАГР ВСАми очевидно преобладание длинноцепочечных Alk фрагментов растительного происхождения.

Практически одинаковая величина индекса разложения (DI) ЛФАГР в ВСАми и ВСАма предполагает ее независимость от размерности ВСА, то есть органический материал подвергается биодеградации примерно в равной мере вне зависимости от размера ВСА с тенденцией к некоторому уменьшению интенсивности процессов в ВСАми. Это подтверждается величинами отношения C/N в них: 13.8 (ВСАма) против 14.2 (ВСАми). Следует отметить, что по мере уменьшения размера ВСА несколько увеличивается селективное накопление ΣAr фрагментов на фоне утилизации более привлекательных для микроорганизмов O-Alk фрагментов: степень ароматичности (ARI) ЛФАГР в ВСАми несколько больше по сравнению с таковой в ВСАма: 0.53 против 0.50, соответственно.

Спектры ЛФАГР, локализованного в ВСАма, резко различаются по вариантам землепользования. В варианте пар вклад ΣAr фрагментов становится доминирующим, и резко увеличивается индекс ароматичности ОВ (ARI) (>1.3 раза), значительно уменьшается доля O-Alk фрагментов (>1.6 раза). Причем, за исключением аномерных атомов сахаров (в 1.3 раза), величина уменьшения доли всех компонентов фрагментов O-Alk группы колеблется в пределах 1.6–1.8 раза, то есть истощаются запасы всех углеводов, включая целлюлозу. В варианте пар по сравнению с вариантом степь закономерно больше степень разложения ОВ (DI): 0.67 против 0.56, соответственно. Это сопровождается уменьшением вклада полипептидов (в 1.3 раза), что указывает на значительное сокращение количества микробной биомассы, а также продуктов ее жизнедеятельности и распада. Следует отметить, что общее содержание Alk фрагментов в ЛФАГР ВСАма варианта пар меньше, чем в варианте степь (11.0 против 14.9%, соответственно). Однако интегральный показатель гидрофобности (HI) для варианта пар значительно выше: 1.12 против 0.81, соответственно. В основном за счет значительно бóльшего вклада незамещенных кислородом ароматических фрагментов (Ar) (в 1.4 раза): 41.8 (пар) против 30.0 (степь).

Сравнительный анализ ЛФАГР в ВСАми контрастных вариантов землепользования выявил тенденции, аналогичные ВСАма, однако они носят более выраженный характер. Так, доля ΣO-Alk фрагментов снижается в 1.9 (ВСАми) против 1.6 раза (ВСАма). ΣAr фрагменты в ВСАми в варианте пар, аналогично ВСАма, являются доминирующими, однако их доля увеличивается более резко: в 1.5 против 1.4 раза, соответственно. Степень разложения (DI) ЛФАГР в ВСАми, наряду с интегральной степенью ароматичности (ARI) в варианте пар по сравнению с вариантом степь, увеличивается в 1.2 и 1.4 раза, соответственно. Количество полипептидов в ЛФАГР в ВСАми уменьшается более резко по сравнению с ВСАма: в 1.4 против 1.3 раза, соответственно. Видимо, это свидетельствует о худших экологических условиях в ВСАми по сравнению с ВСАма, в том числе за счет уменьшения размера структурных отдельностей, размера пор внутри них и, как следствие, ухудшения влаго- и газообмена. Содержание Alk фрагментов в ЛФАГР в ВСАми в варианте пар и степень его гидрофобности (HI) существенно меньше таковых варианта степь (>1.5 раза). Увеличение степени гидрофобности ЛФАГР в ВСАми варианта пар негативно отражается на его способности к адгезии. Следовательно, способность ЛФАГР к адгезии в варианте пар снижается по мере уменьшения размерности ВСА.

Таким образом, негативные изменения химической структуры ЛФАГР в результате длительного функционирования почвы в режиме чистого пара более выражены в ВСАми.

ОВ илистой фракции (размер <1 мкм, плотность >1.8 г/см3). Спектры ОВ илистой фракции в ВСАма отличаются от таковых ЛФАГР (степь), прежде всего, увеличением долевого участия Alk и О-Alk фрагментов: в 1.3 и 1.1 раза соответственно. Это сопровождается уменьшением в 1.3 раза доли ΣAr фрагментов. Следует отметить приблизительно равные доли О-Alk и ΣAr фрагментов (~30% от общего интеграла). Отмеченное незначительное увеличение количества О-Alk фрагментов в илистой фракции по сравнению с ЛФАГР в основном обусловлено приростом первичных (СН2–ОН) и вторичных (СН–ОН) спиртовых групп, то есть за счет наиболее легкоокисляемых фрагментов. Это указывает на привнесение более свежего углеводного материала, вероятно, микробного происхождения. Увеличение содержания О-Alk фрагментов при переходе от ЛФАГР к илистой фракции свидетельствуют, что О-Alk-С растительного происхождения преобразуется в микробиологически переработанный О-Alk-С [20].

Увеличение доли Alk фрагментов в илистой фракции относительно ЛФАГР обусловлено бόль-шим содержанием полипептидов (25.8 против 17.7, соответственно), и лишь отчасти липидов (9.7 против 7.8, соответственно). При этом соотношение интенсивностей сигналов при 30 и 20 м. д. свидетельствует, что в Alk фрагментах ОВ илистой фракции преобладают длинноцепочечные структуры, являющиеся наиболее гидрофобной составляющей частью ОВ. Некоторые авторы объясняют обогащение илистой фракции длинноцепочечными алкильными структурами сильным взаимодействием между устойчивыми формами ОВ и минералами почвы [14]. Другие предполагают, что увеличение ассоциации с минералами [20] и одновременная деградация ОВ растительного и микробного происхождения являются результатом селективного расщепления короткоцепочечных алифатических соединений и преимущественного сохранения устойчивых длинноцепочечных биополимеров [28]. В частности, показано, что разные соединения взаимодействуют с глинистыми минералами по-разному; состав сорбированного материала зависел от типа глинистого минерала [7, 17, 21, 36]. Исследования показали, что полиметиленовые структуры преимущественно сорбируются каолинитом и монтмориллонитом [17, 21, 36]. Наши аналитические данные подтвердили наличие связи между количеством Alk структур и содержанием смектитов, однако связи с каолинитом не обнаружено. В то же время выявлена связь с иллитами (максимальный коэффициент корреляции). Коэффициент корреляции (R2 при P < 0.05) увеличивался в следующей последовательности: каолинит + хлорит (0.18) < < смектиты (0.44) < иллиты (0.58).

Резкое увеличение в илистой фракции по сравнению с ЛФАГР доли Alk-С и полипептидов (в 1.5 раза) может быть обусловлено присутствием продуктов жизнедеятельности и распада новой синтезированной микробной биомассы с высоким содержанием Alk фрагментов [8, 19, 26]. Ранее, с помощью электронной микроскопии показано, что обломки клеток (клеточные стенки и слизь), часто бывают непосредственно связаны с минеральными частицами [13, 24, 27].

Степень разложения ОВ илистой фракции по сравнению с таковой ЛФАГР увеличивается в 1.2 раза. Это свидетельствует, что разложение ОВ в почвах следует континууму от свежих и частично разложенных органических материалов в ЛФСВ и ЛФАГР до значительно/полностью переработанных в илистой фракции. Степень ароматичности (ARI) уменьшается (>1.3 раза): 0.38 против 0.50 соответственно, а степень гидрофобности (HI) понижается незначительно: 0.75 против 0.81, соответственно.

Таким образом, ОВ илистой фракции по сравнению с ЛФАГР более алифатично и менее ароматично и характеризуется большей степенью разложения. Это подтверждается увеличением доли Alk и О-Alk фрагментов на фоне сокращения доли ΣAr структур. Доля продуктов микробного происхождения в составе ОВ илистой фракции намного больше, чем в ЛФАГР, что подтверждается резким увеличением доли полипептидов (в 1.5 раза).

Спектры илистой фракции в ВСАма и ВСАми (степь) очень близки между собой: О‑Alk и ΣAr фрагменты вносят одинаковые вклады (~30%). В качестве различий можно указать незначительное уменьшение в ВСАми доли ΣAr и Alk фрагментов на фоне увеличения доли карбоксильных групп по сравнению с таковыми в ВСАма.

Степень разложения (DI) ОВ илистой фракции в ВСАми по сравнению таковой в ВСАма меньше: 0.59 против 0.67, соответственно, что, наряду с незначительным уменьшением степени ароматичности (ARI) (0.37 против 0.38 соответственно), согласуется с большей величиной отношения С/N (9.5 против 9.2 соответственно) [42]. И сопровождается незначительным уменьшением индекса гидрофобности (HI) ОВ илистой фракции в ВСАми по сравнению с ВСАма: 0.66 против 0.75, соответственно. Все это свидетельствует о наличии бόльшего по сравнению с ВСАма количества лабильных компонентов в илистой фракции в ВСАми.

Спектры ОВ илистой фракции в ВСАма различаются по вариантам землепользования. По сравнению с вариантом степь в илистой фракции ВСАма варианта пар наблюдается уменьшение доли O-Alk фрагментов (в 1.3 раза), преимущественно за счет уменьшения доли метоксильных и первичных спиртовых (СН2–ОН) групп. Доля ΣAr фрагментов увеличивается (>1.2 раза), а Alk фрагментов уменьшается незначительно (~ в 1.1 раза), что обусловлено сокращением доли полипептидов и липидов.

В илистой фракции в ВСАма варианта пар, аналогично ЛФАГР, наблюдается незначительное увеличение индекса гидрофобности ОВ: 0.81 против 0.75 (степь). Предполагая, что степень гидрофобности ОВ ила является определяющим фактором для размера илистых микроагрегатов, можно ожидать, что в варианте пар он будет меньше такового варианта степь [6]. Действительно, аналитические данные свидетельствуют о статистически значимом уменьшении (в 1.3 раза) величины среднего диаметра (D) илистых частиц в ВСАма варианта пар по сравнению с таковой варианта степь: 315.2 ± 1.4 против 397.3 ± 6.7 нм соответственно.

Степень разложения (DI) ОВ ила в ВСАма в варианте пар по сравнению с вариантом степь повышается незначительно (0.73 против 0.67 соответственно) на фоне бóльшего увеличения степени ароматичности (ARI) (>1.2 раза): 0.47 против 0.38 соответственно. Величина отношения С/N в варианте пар существенно больше по сравнению с вариантом степь: 10.9 против 9.2, соответственно. Однако бóльшую степень зрелости ОВ ила в ВСАма подтверждают повышенные по сравнению с вариантом степь значения индексов DI и ARI.

Спектры ОВ ила, локализованного в ВСАми, аналогичны таковым в ВСАма и существенно различаются по вариантам землепользования. Так, суммарное содержание O-Alk в ВСАми аналогично таковому в ВСАма, уменьшается (>1.2 раза) на фоне более значительного уменьшения доли аномерных атомов С в ВСАми (в 1.3 против 1.1 раза соответственно) и менее значительного снижения доли спиртовых групп (1.2 против 1.3 раза соответственно). Доля ΣAr фрагментов в ВСАми практически не меняется (29–30% интенсивности), в отличие от ВСАма, где она увеличивается в 1.2 раза. Доля Alk фрагментов увеличивается (>1.3 раза), в отличие от ВСАма, где наблюдается ее уменьшение (>1.1 раза). В алкильной области спектра интенсивность сигнала при 30 м. д. очень высока, а при 20 м. д. пик практически отсутствует. Это может свидетельствовать, что в варианте пар в основном сохранились длинноцепочечные компоненты восков.

Степень разложения (DI) ОВ ила в ВСАми в варианте пар по сравнению с вариантом степь существенно увеличивается: 0.95 против 0.59, соответственно (в 1.6 раза) на фоне почти неизменной степени ароматичности (ARI): 0.38 против 0.37, соответственно. Это сопровождается увеличением степени гидрофобности (HI) (в 1.3 раза): 0.84 против 0.66 соответственно, что отражается на величине среднего диаметра (D) илистых частиц, локализованных в ВСАми варианта пар, по сравнению с таковой варианта степь: 293.0 ± 6.5 против 396.1 ± 5.2 нм соответственно.

Таким образом, аналитические данные свидетельствуют о чуть меньшей степени зрелости ОВ илистой фракции в ВСАми по сравнению с таковой в ВСАма, что согласуется с представлениями об увеличении степени защиты ОВ по мере уменьшения размера структурных отдельностей. Следует отметить бóльшие изменения для ОВ илистой фракции в ВСАми по сравнению с ВСАма, что отражается в величинах увеличения индексов разложения (в 1.6 против 1.1 соответственно) и гидрофобности (1.3 против 1.1 раза соответственно), а также более резком увеличении доли Alk фрагментов (>1.3 против 1.1 раза соответственно).

ОВ фракции остаток. Органическая составляющая фракции остаток, как и в илистой фракции, представлена, преимущественно ОВ микроагрегатов илистых частиц (в данном случае, устойчивых в УЗ-поле) [4, 19]. Поэтому спектры ОВ остатка близки таковым илистой фракции, а отличия обусловлены бóльшей степенью гетерогенности состава фракции остаток, в частности, присутствием в нем фракции микроагрегатов плотностью 1.8–2.0 г/см3, которую иногда относят к легким фракциям [1, 19]. Во фракции остаток наблюдается незначительное увеличение доли всех основных органических фрагментов, исключая Alk: О-Alk, ΣAr, карбоксильных групп. Величина отношения C/N фракции остаток в ВСАма больше таковой илистой фракции (9.9 против 9.2 соответственно).

Приведенные характеристики химической структуры свидетельствуют о меньшей степени микробиологической переработки органического материала во фракции остаток по сравнению с таковой илистой фракции. Это подтверждается меньшими величинами степени разложения (DI) и ароматичности (ARI) ОВ фракции остаток, локализованной в ВСАми.

Спектры ОВ остаток в ВСАми очень близки ОВ ила (степь) из тех же структурных отдельностей и мало отличаются от таковых ОВ остатка в ВСАма. Наиболее заметные различия зафиксированы лишь для Alk фрагментов, доля которых в ВСАми уменьшается по сравнению с ВСАма в 1.2 раза. Следует отметить пониженное количество полипептидов (>1.1 раза) и липидов (в 1.3 раза). ОВ фракции остаток в ВСАми по сравнению с таковым в ВСАма характеризуется меньшей степенью разложения (DI) (0.54 против 0.62 соответственно), что согласуется с большей величиной отношения С/N в ВСАми (10.5 против 9.9 соответственно); несколько большей степенью ароматичности (ARI) по сравнению с таковой в ВСАма (0.38 против 0.35 соответственно). Спектр ОВ фракции остаток в свободных ВСАма демонстрирует мéньший вклад длинноцепочечных соединений в алкильную область спектра, чем в ВСАма. Это отражается в пониженной величине степени гидрофобности (HI) ОВ фракции остаток в ВСАми по сравнению с таковой в ВСАма: 0.65 против 0.71 соответственно.

Спектры ОВ фракции остаток, локализованного в ВСАма, различаются по вариантам землепользования. В варианте пар отмечаются пониженные доли O-Alk (в 1.1 раза), Alk (в 1.2 раза) фрагментов на фоне увеличения доли ΣAr фрагментов (>1.2 раза). При этом увеличение доли ΣAr фрагментов происходит за счет незамещенных ароматических веществ (Ar).

Величина отношения С/N ОВ фракции остаток в ВСАма для варианта пар больше таковой варианта степь (11.8 против 9.9 соответственно). Возможно, это является следствием активной утилизации N илистых микроагрегатов (устойчивых в УЗ-поле) фракции остаток, локализованных в составе ВСАма, ОВ которых вносит определяющий вклад в органическую составляющую фракции остаток. Степень разложения (DI) в варианте пар несколько меньше таковой варианта степь (0.57 против 0.62 соответственно). Однако повышенные величины степени ароматичности (ARI) (0.43 против 0.35 соответственно) и гидрофобности (HI) (0.76 против 0.71 соответственно) позволяют говорить о бóльшей степени микробиологической переработки органического материала в варианте пар и соответственно о бóльшей зрелости ОВ.

Для ОВ фракции остаток в ВСАми варианта пар отмечены аналогичные, но значительно более выраженные по сравнению с ВСАма тенденции в изменении характера распределения С по разным фрагментам ОВ: уменьшение доли O-Alk фрагментов (1.6 против 1.1 раза соответственно); вклада ΣAr фрагментов (1.5 против 1.2 раза соответственно). Уменьшение доли полипептидов в ВСАми по сравнению с таковой в ВСАма носит более выраженный характер: в 1.3 против 1.2 раза, соответственно, что свидетельствует о снижении микробиологической активности в ВСАми. Степень разложения (DI) и гидрофобности (HI) ОВ фракции остаток в ВСАми в варианте пар больше в 1.2 раза таковых варианта степь (0.66 против 0.54 и 0.82 против 0.65 соответственно) на фоне более значительного увеличения степени ароматичности (ARI) (в 1.5 против 1.2 раза); величина отношения С/N в варианте пар больше таковой в варианте степь (13.1 против 10.5 соответственно).

Вышеперечисленное свидетельствует, что ОВ фракции остаток в ВСАми более чувствительно к изменению варианта землепользования по сравнению с таковым в макроагрегатах, а также с илистой фракцией, выделенной из тех же структурных отдельностей. Можно утверждать, что ОВ фракции остаток по сравнению с илистой фракцией менее ароматично при приблизительно равном содержании Alk и увеличенном О-Alk фрагментов, что отражается в мéньшей величине степени разложения. Доля продуктов микробного происхождения в составе ОВ фракции остаток меньше таковой илистой фракции ОВ, что подтверждается незначительным уменьшением доли полипептидов. ОВ фракции остаток характеризуется мéньшей степенью гидрофобности. Возможно, отмеченные отличия ОВ фракции остаток от илистой, во многом, обусловлены бόльшей степенью гетерогенности состава фракции остаток.

Согласно величинам основных расчетных индексов ОВ (DI, ARI, HI), можно говорить о чуть мéньшей зрелости ОВ фракции остаток в ВСАми, аналогично илистой фракции по сравнению с таковой в ВСАма, что согласуется с представлениями об увеличении степени защиты ОВ по мере уменьшения размера структурных отдельностей. Следует отметить, что фракция остаток в ВСАми в бóльшей степени подвержена изменениям при длительном функционировании почвы в режиме чистого пара.

Модели множественной линейной регрессии для прогнозирования величины отношения C/N. Учитывая существенные различия в химической структуре выделенных пулов ОВ, целесообразно разделить весь массив аналитических данных на два блока: преимущественно органические фракции (дискретное ОВ) и органо-минеральные (ил и остаток).

Дискретное ОВ (ЛФСВ и ЛФАГР). ОВ легких фракций представлено органическим материалом растительного, микробного, животного происхождения разной степени разложения. Следовательно, можно ожидать, что величина отношения C/N определяется, в первую очередь, количеством углеводов, степенью ароматичности и разложения органического материала. Действительно, наилучшая модель (r = 0.9998), в которой все параметры были значимыми (P < 0.05), включала степень ароматичности (ARI) и степень разложения (DI) органического материала, количество углерода углеводов (Carbohydrates) и карбоксильных групп (COOH) (табл. 2, рис. 2). При этом корреляция величины C/N с количеством СООН-групп (самых окисленных функциональных групп ОВ) – отрицательная. Это согласуется с литературными данными об интенсивном окислении ОВ микроорганизмами, включая стабильные пулы, для обеспечения питательными ресурсами, в частности азотом, в условиях недостаточного поступления свежего органического материала [29–32]. Соответственно, увеличение величины отношения С/N в ОВ варианта пар отражает не его недостаточную зрелость, а потери азота в результате деградации.

Рис. 2.

Графики корреляции аналитических и модельных данных по величине C/N: дискретное ОВ (ЛФСВ, ЛФАГР) (C/N = f(ARI, Carbohydrates, DI, COOH), n = 10, $R_{{adj}}^{2}$ = 0.90, P < 0.05) (a); минерально-ассоциированное ОВ (ил, остаток) (C/N = f(ΣAr, Carbohydrates, COOH), n = 12, $R_{{adj}}^{2}$ = 0.85, P < 0.05) (b).

ОВ ила и фракции остаток преимущественно ассоциировано с глинистыми минералами. Учитывая, предполагаемую высокую степень деградации ОВ в варианте пар, можно ожидать, что на величину отношения C/N, в первую очередь, будут влиять степень окисленности ОВ, количество углеводов и ароматических фрагментов. Действительно, наилучшая модель (r = 0.996), в которой все параметры были значимыми (P < 0.05), включала общее количество ароматических фрагментов (ΣAr), количество С углеводов (Carbohydrates) и количество карбоксильных групп (COOH) (табл. 3).

Таблица 3.  

Коэффициенты полиномиальной статистической модели C/N ОВ ила и фракции остаток y = A0+ + A1x1+ A2x2+ A3x3

Параметр A Значение Стандартная ошибка t-значение Уровень значимости (P) $R_{{adj}}^{2}$
x1 A1 0.41143 0.05688 7.23357 4.90 × 10–5 0.9956
x2 A2 0.28617 0.05267 5.43375 4.14 × 10–4
x3 A3 –0.4391 0.16612 –2.64333 0.02677

Примечание: x1= ΣAr (% интенсивности); x2= Carbohydrates (% интенсивности); x3= COOH (% интенсивности); n = 12; RMSE = 0.69; P < 0.05.

Модель множественной линейной регрессии для прогнозирования величины среднего эффективного диаметра (D) илистых частиц. Учитывая комплексность параметра среднего диаметра (D), рассчитали модель множественной линейной регрессии для прогнозирования величины данного параметра. Исходили из предположения, что степень гидрофобности ОВ является определяющей для размера илистых частиц. Действительно, наилучшая модель (r = 0.9997), в которой все параметры были значимыми (P < 0.05), включала индекс гидрофобности (HI), содержание илистых частиц (Clay), величину концентрации углерода в илистой фракции (Cил) и долю смектитов в составе глинистых минералов (табл. 4 ).

Таким образом, величина среднего диаметра определяется, главным образом, соотношением гидрофильных и гидрофобных фрагментов ОВ, стабилизированного глинистыми частицами (HI): чем меньше гидрофобных фрагментов, тем больше размер илистых микроагрегатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые проведенные исследования химической структуры пулов ОВ водоустойчивых макро- и свободных микроагрегатов типичного чернозема в контрастных вариантах землепользования выявили меньшую степень зрелости ОВ, локализованного в свободных микроагрегатах, по сравнению с таковым в макроагрегатах, что согласуется с общепринятым мнением об увеличении степени физической защиты ОВ по мере уменьшения размера структурных отдельностей.

Негативное влияние длительного функционирования почвы в режиме чистого пара (52 г.) отражается в резком увеличении интегральных показателей химической структуры (DI, ARI, HI) во всех исследованных пулах ОВ. Однако для свободных микроагрегатов эти негативные изменения носят более выраженный характер. Исключение отмечено для свободного ОВ (ЛФСВ) макроагрегатов, химическая структура которого характеризуется предельно негативными интегральными показателями степени разложения, ароматичности и гидрофобности.

Вне зависимости от варианта землепользования макроагрегаты стабилизируют больше углерода по сравнению со свободными микроагрегатами: в 1.4 (степь) и 1.6 раза (пар). Вне зависимости от размера структурных отдельностей в варианте степь уровень накопления углерода всегда больше, чем в варианте пар: в 1.3 (ВСАма) и 1.5 раза (ВСАми).

Таблица 4.

   Коэффициенты полиномиальной статистической модели D = A0+ A1x + A2x2+ A3x3

Параметр A Значение Стандартная ошибка t-значение Уровень значимости (P) $R_{{adj}}^{2}$
  A0 –1301.0679 76.35304 –17.04016 0.03732  
x1 A1 –2110.9673 103.6232 –20.37157 0.03123
x2 A2 136.64677 5.4856 24.91008 0.02554 0.9968
x3 А3 86.17107 3.01282 28.60151 0.02225
x4 А4 –7.57556 0.6038 –12.54656 0.05063

Примечание. x1 – HI = (Alk + Ar)/(О-Me + ∑O-Alk + Carboxyl + Carbonyl + Phenolic); x2 – ил (%); x3 – Сил (% во фракции); x4 – смектиты (% от Σ минералов); RMSE = 2.91; P < 0.05.

Рис. 3.

График корреляции аналитических и модельных данных по величине D (D = f(HI, ил, СИл, смектиты), n = 6, $R_{{adj}}^{2}$ = 0.999; P < 0.05).

Список литературы

  1. Артемьева З.С. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-деградированных почв. Автореф. дис … докт. биол. н. М., 2008. 48 с.

  2. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.

  3. Когут Б.М., Артемьева З.С., Кириллова Н.П., Яшин М.А., Сошникова Е.И. Компонентный состав органического вещества воздушно-сухих и водоустойчивых макроагрегатов 2–1 мм типичного чернозема в условиях контрастного землепользования // Почвоведение. 2019. № 2. С. 161–170. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020084

  4. Федотов Г.Н., Артемьева З.С. Коллоидная составляющая грануло-денсиметрических фракций почв // Почвоведение. 2015. № 1. С. 61–70. https://doi.org/10.7868/S0032180X15010049

  5. Хан Д.В. Органо-минеральные соединения и структура почвы. М.: Наука, 1969. 141 с.

  6. Artemyeva Z., Danchenko N., Kolyagin Yu., Kirillova N., Kogut B. Chemical structure of soil organic matter and its role in aggregate formation in Haplic Chernozem under the contrasting land use variants // Catena. 2021. V. 204. P. 105403. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105403

  7. Asselman T., Garnier G. Adsorption of model wood polymers and colloids on bentonites // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2000. V. 168. P. 175–182. https://doi.org/10.1016/S0927-7757(00)00430-1

  8. Baldock J.A., Oades J.M., Vassallo A.M., Wilson M.A. Solid-state CP/MAS 13C NMR analysis of bacterial and fungal cultures isolated from a soil incubated with glucose // Australian J. Soil Res. 1990. V. 28. P. 213–225. https://doi.org/10.1071/SR9900213

  9. Beare M.H., Cabrera M.L., Hendrix P.F., Coleman D.C. Aggregate-protected and unprotected pools of organic matter in conventional and no-tillage ultisols // Soil Sci. Soc. Am. J. 1994. V. 58. P. 787–795. https://doi.org/10.2136/sssaj1994.03615995005800030021x

  10. Bossuyt H., Six J., Hendrix P.F. Aggregate-protected carbon in no-tillage and conventional tillage agroecosystems using carbon-14 labeled plant residue // Soil Sci. Soc. Am. J. 2002. V. 66. P. 1965–1973. https://doi.org/10.2136/sssaj2002.1965

  11. Cambardella C.A., Elliott E.T. Carbon and nitrogen distribution in aggregates from cultivated and native grassland soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1993. V. 57. P. 1071–1076. https://doi.org/10.2136/sssaj1993.03615995005700040032x

  12. Cates A.M., Ruark M.D., Hedtcke J.L., Posner J.L. Long-term tillage, rotation and perennialization effects on particulate and aggregate soil organic matter // Soil Till. Res. 2016. V. 155. P. 371–380. https://doi.org/10.1016/j.still.2015.09.008

  13. Chenu C., Stotzky G. Interactions between microorganisms and soil particles: An overview // Interactions between Soil Particles and Microorganisms – Impact on the Terrestrial Ecosystem. Chichester: John Wiley & Sons, 2002. P. 3–39.

  14. Clemente J.S., Simpson A.J., Simpson M.J. Association of specific organic matter compounds in size fractions of soils under different environmental controls // Org. Geochem. 2011. V. 42. P. 1169–1180. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2011.08.010

  15. Danchenko N.N., Artemyeva Z.S., Kolyagin Yu.G., Kogut B.M. Features of the chemical structure of different organic matter pools in Haplic Chernozem of the Streletskaya steppe: 13C MAS NMR study // Environ. Res. 2020. V. 191. P. 110205. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110205

  16. Elliott E.T. Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1986. V. 50. P. 627–633. https://doi.org/10.2136/sssaj1986.03615995005000030017x

  17. Feng X., Simpson A.J., Simpson M.J. Chemical and mineralogical controls on humic acid sorption to clay mineral surfaces // Org. Geochem. 2005. V. 36(11). P. 1553–1566. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2005.06.008

  18. Jastrow J.D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral associated organic matter // Soil Biol. Biochem. 1996. V. 28. P. 656–676. https://doi.org/10.1016/0038-0717(95)00159-X

  19. Golchin A., Oades J.M., Skjemstad J.O., Clarke P. Soil structure and carbon cycling // Australian J. Soil Res. 1994. V. 32. P. 1043–68. https://doi.org/10.1071/SR9941043

  20. Golchin A., Baldock J.A., Oades J.M. A model linking organic matter decomposition, chemistry, and aggregate dynamic // Soil Processes and the Carbon Cycle. 1997. P. 245–266.

  21. Ghosh S., Wang Z.-Y., Kang S., Bhowmik P.C., Xing B. Sorption and fractionation of a peat derived humic acid by kaolinite, montmorillonite and goethite // Pedosphere. 2009. V. 19(1). P. 21–30. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(08)60080-6

  22. Gupta V.V.S.R., Germida J.J. Distribution of microbial biomass and its activity in different soil aggregate size classes as affected by cultivation // Soil Biol. Biochem. 1988. V. 20. P. 777–786. https://doi.org/10.1016/0038-0717(88)90082-X

  23. Hatcher P.G., Schnitzer M., Dennis L.W., Maciel G.E. Aromaticity of humic substances in soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. V. 45. P. 1089–1094. https://doi.org/10.2136/sssaj1981.03615995004500060016x

  24. Huang P.M., Wang M.K., Chiu C.Y. Soil mineral-organic matter-microbe interactions: Impacts on biogeochemical processes and biodiversity in soils // Pedobiol. 2005. V. 49. P. 609–635. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2005.06.006

  25. Knicker H. Solid state CPMAS 13C and 15N NMR spectroscopy in organic geochemistry and how spin dynamics can either aggravate or improve spectra interpretation // Org. Geochem. 2011. V. 42(8). P. 867–890. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2011.06.019

  26. Kölbl A., Kögel-Knabner I. Content and composition of free and occluded particulate organic matter in a differently textured arable Cambisol as revealed by solid-state 13C NMR spectroscopy // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2004. V. 167. P. 45–53. https://doi.org/10.1002/jpln.200321185

  27. Kopittke P.M., Dalal R.C., Hoeschen C. et al. Soil organic matter is stabilized by organo-moneral associations through two key processes: The role of the carbon to nitrogen ratio // Geoderma. 2020. V. 357. P. 113974. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.113974

  28. Lichtfouse E., Chenu C., Baudin F. et al. A novel pathway of soil organic matter formation by selective preservation of resistant straight-chain biopolymers: chemical and isotope evidence // Org. Geochem. 1998. V. 28(6). P. 411–415. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(98)00005-9

  29. Manzoni S., Porporato A. Soil carbon and nitrogen mineralization: Theory and models across scales // Soil Biol. Biochem. 2009. V. 41. P. 1355–1379. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2009.02.031

  30. Manzoni S., Trofymow J.A., Jackson R. B., Porporato A. Stoichiometric controls on carbon, nitrogen, and phosphorus dynamics in decomposing litter // Ecological Monographs. 2010. V. 80(1). P. 89–106. https://doi.org/10.1890/09-0179.1

  31. Mooshammer M., Wanek W., Haemmerle I. et al. Adj ustment of microbial nitrogen use efficiency to carbon: nitrogen imbalances regulates soil nitrogen cycling // Nature Commun. 2014. V. 5. P. 3694. |www.nature.com/naturecommunicationshttps://doi.org/10.1038/ncomms4694

  32. Nicolás C., Martin-Bertelsen T., Floudas D., Bentzer J., Smits M., Johansson T., Troein C., Persson P., Tunlid A. The soil organic matter decomposition mechanisms in ectomycorrhizal fungi are tuned for liberating soil organic nitrogen // ISME J. 2019. V. 13. P. 977–988. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0331-6

  33. O’Brien S.L., Jastrow J.D. Physical and chemical protection in hierarchical soil aggregates regulates soil carbon and nitrogen recovery in restored perennial grasslands // Soil Biol. Biochem. 2013. V. 61. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.01.031

  34. Rabbi S.M.F., Wilson B.R., Lockwood P.V., Daniel H., Young I.M. Aggregate hierarchy and carbon mineralization in two Oxisols of New South Wales, Australia // Soil Till. Res. 2015. V. 146. P. 193–203. https://doi.org/10.1016/j.still.2014.10.008

  35. Seech A.G., Beauchamp E.G. Denitrification in soil aggregates of different sizes // Soil Sci. Soc. Am. J. 1988. V. 52. P. 1616–1621. https://doi.org/10.2136/SSSAJ1988.03615995005200060019X

  36. Simpson A.J., Simpson M.J., Kingery W.L. et al. The application of 1H high-resolution magicangle spinning NMR for the study of clay–organic associations in natural and synthetic complexes // Langmuir. 2006. V. 22(10). P. 4498–4503. https://doi.org/10.1021/la052679w

  37. Six J., Elliott E.T., Paustian K. Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: A mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture // Soil Biol. Biochem. 2000. V. 32. P. 2099–2103. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00179-6

  38. Soinne H., Hyväluoma J., Ketoja E., Turtola E. Relative importance of organic carbon, land use and moisture conditions for the aggregate stability of post-glacial clay soils // Soil Till. Res. 2016. V. 158. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.still.2015.10.014

  39. Tisdall J.M., Oades J.M. Organic matter and water-stable aggregates in soils // J. Soil Sci. 1982. V. 33. P. 141–163. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1982.tb01755.x

  40. Totsche K.U., Amelung W., Gerzabek M.H. et al. Microaggregates in soils // J. Plant Nut. Soil Sci. 2018. V. 181(1). P. 104–136. https://doi.org/10.1002/jpln.201600451

  41. Wagai R., Mayer L.M., Kitayama K. Nature of the “occluded” low-density fraction in soil organic matter studies: A critical review // Soil Sci. Plant Nut. 2009. V. 55(1). P. 13–25. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2008.00356.x

  42. Wander M.M., Yang X. Influence of tillage on the dynamics of loose- and occluded particulate and humified organic matter fractions // Soil Biol. Biochem. 2000. V. 32. P. 1151–1160. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00031-6

  43. Wild A. Russell’s soil conditions and plant growth. John Wiley and Sons, Inc. 1988.

  44. World reference base for soil resources 2014. A framework for international classification, correlation and communication, Word Soil Resource Report 106. FAO. Rome. 2014. 181 p.

  45. Xu S., Silveira M.L., Ngatia L.W., Normand A.E. et al. Carbon and nitrogen pools in aggregate size fractions as affected by sieving method and land use intensification // Geoderma. 2017. V. 305. P. 70–79. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.05.044

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал