Влияние характеристик поровой структуры на минерализацию углерода при консервационной обработке почвы

Почвенные агрегаты — это основные структурные единицы почвы и резервуар для почвенного углерода, играющие ключевую роль в углеродном цикле экосистем. Характеристики пор в почвенных агрегатах влияют на минерализацию органического углерода. Однако исследования механизмов секвестрации органического углерода на уровне агрегатов в чернозёмах (Mollisols) ограничены.

Исследовательская группа под руководством профессоров Лю Сяобина и Чжан Синъи из Ключевой лаборатории сохранения и использования чернозёмов Северо-Восточного института географии и агроэкологии Китайской академии наук выявила, что связность пор и их анизотропия влияют на минерализацию углерода через внеклеточные ферменты в агрегатах размером > 2 мм при консервационной обработке чернозёмов.

Исследование основано на долгосрочном полевом эксперименте по консервационной обработке почвы, начатом на станции Хайлунь в 2004 году. Были выбраны три варианта обработки: обычная (conventional), минимальная (reduced) и нулевая (no tillage).

С помощью промышленной наноразмерной компьютерной томографии измеряли распределение пор по размерам, параметры их формы, активность внеклеточных ферментов и минерализацию углерода в ненарушенных почвенных колонках и колонках, заполненных агрегатами > 2 мм.

Результаты:

• Долгосрочная нулевая и минимальная обработка увеличили общую пористость и долю более крупных пор, но значительно снизили долю мелких пор в ненарушенных почвенных колонках.
• Обычная обработка показала наиболее сложную поровую структуру из-за самых высоких значений фрактальной размерности пор (2.75–2.90), анизотропии (0.366–0.516) и самых низких значений сферичности (5.1–28.7).
• В колонках, заполненных агрегатами > 2 мм, минимальная обработка значительно увеличила связность пор на 3.02–3.62%, тогда как нулевая обработка не оказала эффекта.

Моделирование структурными уравнениями показало, что в колонках с агрегатами > 2 мм параметры формы пор, особенно связность и анизотропия, положительно влияли на активность β-глюкозидазы и β-ксилозидазы напрямую, а также положительно влияли на минерализацию почвенного углерода косвенно, через активность внеклеточных ферментов.

Выводы подчёркивают важность влияния параметров формы пор на секвестрацию углерода в почве и помогут понять микроскопические механизмы этого процесса в агрегатах размером > 2 мм.

Работа опубликована в журнале Soil and Tillage Research.