Педосфера в циклах круговорота углерода занимает особое место, так как почвенный покров является генератором и аккумулятором гумуса и педогенных карбонатов [1], именно здесь формируется промежуточные и долговременные запасы органического вещества (ОВ) и почвенных карбонатов. Связующим звеном между карбонатами и органическими соединениями служит СО2, который является необходимым исходным материалом как для фотосинтеза органического вещества, так и для образования карбонатов. Таким образом, карбонатообразование и фотосинтез органического вещества, как два генеральных процесса в глобальной деятельности живого вещества, имеют общую направленность на удаление из атмосферы углекислого газа, непрерывно поступающего из мантии. Возможно, что эти процессы являются частью глобального механизма поддержания невысокой концентрации СО2 в газовой оболочке Земли, что имеет важное значение в связи с «парниковым эффектом» [2].
Запасы педогенного углерода каштановых почв Западного Забайкалья, в т.ч. Тугнуйской котловины, практически не изучены и имеются лишь отдельные сведения по разным типам почв [3; 4].
Материалы и методы исследований
Объектами исследований являлись целинные, залежные и пахотные каштановые почвы, расположенные в Тугнуйской котловине Западного Забайкалья.
Физико-химические свойства почв определяли общепринятыми методами [5]. Запасы С-микробной биомассы исследовали регидратационным методом [6]. Чистая первичная продукция (NPP) определялась по методике А.А. Титляновой [7], в т.ч. надземная (ANP) и подземная (BNP). Химический состав фитомассы определен на элементном анализаторе CHNS/O Series II фирмы Perkin Elmer.
В каштановых почвах исследуемого региона аридность почвенного климата проявляется в наиболее резкой форме. Главной особенностью климата сухостепной зоны является – еще большее, чем в степи, несоответствие между количеством выпадающих осадков и испаряемостью. В течение года выпадает 180–250 мм осадков, а испаряемость превышает их в два–три раза, 340–875 мм, К = 0,33–0,55 [8]. Во время суровой длинной зимы почвы накапливают большой «запас холода», они промерзают на 200–300 см и находятся в мерзлом состоянии 5–7 месяцев. Весна холодная, сухая, с частыми ветрами и с большими суточными колебаниями температуры. Лето жаркое, сухое, короткое, безморозный период длится 80–119 дней.
Исследуемым каштановым почвам, функционирующим в условиях более жесткого режима увлажнения, свойственны небольшая мощность гор. А (24–26 см), резкая граница перехода в гор. В, часто промытого от карбонатов, мучнисто-карбонатная пропитка в горизонте Вк. Среди них преобладают разновидности легкого гранулометрического состава. Эта особенность определяет водно-физические свойства, незначительное содержание гумуса, низкую емкость катионного обмена. В поглощающем комплексе доминируют катионы кальция, с глубиной по профилю часто возрастает доля магния. Содержание гумуса в каштановых почвах низкое (1,0–2,3 %), отмечается резкое снижение его количества с глубиной.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты наших исследований показывают, что вклад СГУМ, СРОВ и СМБ в формирование почвенного органического вещества каштановых почв составляют соответственно 72–83, 25 и 2 %.
Общие запасы углерода представлены в таблице. По сравнению с Европейскими аналогами Собщ в исследуемых почвах низки, максимальные запасы Собщ среди них составляют 15,0–17,6 кг С/га, где внутри систем наблюдается заметное превышение карбонатов (Скарб = 9,6–10,3 кг С/м2, а Сорг = 5,4–7,3). В каштановых почвах углерод в большей степени аккумулируется в форме карбонатов (61–67 %). Таким образом, запасы педогенного углерода внутри систем имеют разные соотношения органических и неорганических форм.
Запасы углерода каштановых почв, кг С/м2
|
Почва |
Сорг в 0–20 см |
Сорг |
Скарб |
Собщ (Сорг + Скарб) |
|||||
|
Сгум |
Сров |
Смб |
Общий запас |
||||||
|
Снм |
Скорн. опада |
сумма |
в 0–150 см |
||||||
|
Целина |
3,0 |
0,02 |
0,59 |
0,61 |
0,07 |
3,6 |
7,3 |
10,3 |
17,6 |
|
Пашня |
1,3 |
0,03 |
0,06 |
0,08 |
0,06 |
1,3 |
3,2 |
4,2 |
7,4 |
|
Залежь |
2,4 |
0,03 |
0,42 |
0,45 |
0,07 |
2,9 |
5,4 |
9,6 |
15,0 |
Таким образом, количество углерода растительных остатков, поступающих в пахотные почвы, значительно меньше, чем находящихся в целинных аналогах, что приводит к снижению запасов углерода в почвах агроценозов. При выведении почв из сельскохозяйственного использования, как правило, происходит увеличение запасов углерода в почвенном профиле. Темпы накопления углерода в почвах зависят от их типовой принадлежности, длительности периода восстановления и мощности слоя, для которого производилась оценка скорости С-аккумуляции. Наиболее высокие скорости накопления углерода характерны для первых 10–15 лет восстановления почв.