Повышение содержания органического вещества в почве для улучшения здоровья почвы и хранения углерода

Органическое вещество почвы (ОВП) критически важно для здоровья почвы и хранения углерода в сельском хозяйстве. Добавление растительных остатков в почву увеличивает ОВП, но также может ускорять его разложение — это явление известно как прайминг-эффект. Температурная чувствительность (Q₁₀) разложения ОВП является ключевым фактором, влияющим на взаимодействие углеродного цикла с изменением климата.

На деградацию ОВП влияют такие факторы, как микробы, растения, влажность и температура почвы. Несмотря на обширные исследования, остаётся неясным, как множественные факторы, особенно внесение внешнего органического вещества, влияют на разложение ОВП.

Команда профессора Ли Луджуня из Северо-Восточного института географии и агроэкологии Китайской академии наук сосредоточилась на чернозёмах северо-восточных сельскохозяйственных полей. Используя контролируемые микрокосм-эксперименты и технологию мечения стабильным изотопом ¹³C, они провели углублённое исследование влияния температуры почвы (12°C и 22°C) и влажности (45% и 65% от полной влагоёмкости [WHC]), а также их взаимодействия на прайминг-эффект и температурную чувствительность ОВП.

Эта работа опубликована в журнале Geoderma.

В течение 66-дневного инкубационного периода примерно 11% углерода соломы минерализовалось в CO₂, что составило 44%–67% от общих выбросов. Температура, влажность и содержание углерода в почве, а также их взаимодействие влияли на минерализацию ОВП. Добавление соломы значительно увеличивало минерализацию ОВП и вызывало положительный прайминг-эффект.

Из-за поступления свежего внешнего вещества почвенные микробы минерализовали ОВП для получения азота для роста, что подтверждает теорию микробного «добывания» азота (microbial N mining theory). В условиях 45% WHC и 22°C низкая влажность смещала стратегии роста микробов от r-стратегов к K-стратегам. Это изменение ускоряло скорость минерализации ОВП и усиливало прайминг-эффект.

Кроме того, добавление соломы значительно снижало температурную чувствительность минерализации ОВП. Внесение внешних веществ ускоряло разложение ОВП, увеличивало содержание лабильного углерода в почве и улучшало качество ОВП, что является ключевым фактором, влияющим на его температурную чувствительность. Разложение ОВП более высокого качества обычно требует меньшей энергии активации, что приводит к более низким значениям Q₁₀. Это открытие согласуется с уравнением Аррениуса и подтверждает гипотезу температурной зависимости качества углерода (carbon quality temperature hypothesis).

Исследователи также показали, что более низкая влажность почвы снижает значения Q₁₀. Сниженная влажность ограничивала диффузию растворённых веществ в водных плёнках почвы и микробную активность, что позволяет предположить, что засушливые условия могут смягчать температурную чувствительность минерализации ОВП за счёт снижения значений Q₁₀.

Эти результаты углубляют наше понимание того, как динамика углерода в почве реагирует на внесение внешнего органического вещества в контексте изменения климата.