ЛЕСОВЕДЕНИЕ. 2017. № 2. С. 128-139

ВЛИЯНИЕ АЗОТА НА МИНЕРАЛИЗАЦИЮ И ГУМИФИКАЦИЮ ЛЕСНЫХ ОПАДОВ В МОДЕЛЬНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ
А. А. Ларионова¹, А. К. Квиткина¹, С. С. Быховец¹, В. О. Лопес-де-Гереню¹, Ю. Г. Колягин², В. В. Каганов^3
1Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
Россия, 142290 Пущино, Московская обл., ул. Институтская, 2
E-mail: larionova_al@rambler.ru
²Химический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова,
Россия, 119234 Москва, Воробьевы горы, 1
³Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН
Россия, 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32

Поступила в редакцию 16 июня 2016 г.

В длительных лабораторных инкубационных опытах изучено влияние эндогенного и экзогенного азота на разложение фракций лесного опада, отобранных в липово-сосново-осиновом лесу в Приокско-Террасном биосферном заповеднике (Московская обл.). По величине отношения С:N с учетом эндогенного азота фракции опада выстроились в следующий ряд: некромасса цианобактерий Nostoccommunae (C:N = 9); опад лиственных деревьев (C:N = 32); опад хвои сосны (C:N = 66); опад коры сосны (C:N = 84), крупные древесные остатки липы (C:N = 206) и сосны (С:N = 510). Для исследования влияния экзогенного азота вносили NH₄NO₃, чтобы довести исходную величину С:N до заданного значения, находящегося в интервале от 5 до 204. Минерализацию оценивали по интенсивности эмиссии СО₂. Гумификацию определяли по изменению соотношения структурных фрагментов в составе органического вещества опадов по данным твердофазной ¹³С-ЯМР-спектроскопии. Установлена нелинейная зависимость между скоростью минерализации углерода и отношением С:N в исходном опаде с максимумом при С:N = 22. Внесение минерального азота увеличивало интенсивность минерализации бедных азотом фракций опада (С:N > 66) и ингибировало выделение СО₂ при разложении опада с высоким содержанием азота (С:N = 9-32). В процессе разложения всех фракций опада увеличивалось значение отношения “алкил:О-алкил”, которое является показателем глубины гумификации растительного материала в почве. Дополнительное внесение азота стимулировало гумификацию, особенно при разложении хвои сосны. Таким образом, выявлены особенности влияния эндогенного и минерального азота как на минерализацию, так и на гумификацию лесного опада.

Ключевые слова: лесной опад, разложение растительных остатков, отношение С:N, минерализация, гумификация, минеральный азот.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (14-04-01738, 14-04-01884). 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Аверкиева И.Ю., Припутина И.В. Оценка влияния техногенной эмиссии NO_x на питательный режим лесных биогеоценозов Подмосковья // Вестник Костромского государственного университета им. Н.А. Некрасова. Научно-методический журнал. 2011. 17. Основной выпуск. № 3. С. 51-57.


• Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. 287 с.


• Ведрова Э.Ф. Разложение органического вещества лесных подстилок // Почвоведение. 1997. № 2. С. 216-223.


• Ведрова Э.Ф. Интенсивность деструкции органического вещества серых почв в лесных экосистемах южной тайги Центральной Сибири // Почвоведение. 2008. № 8. С. 973-982.


• Ларионова А.А., Золотарева Б.Н., Колягин Ю.Г., Квиткина А.К., Каганов В.В., Кудеяров В.Н. Состав структурных фрагментов и интенсивность минерализации органического вещества в почвах зонального ряда // Почвоведение. 2015. № 10. С. 1232-1241.


• Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2013 год. М.: Росгидромет, 2014. 228 с.


• Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество в почвах России. М.: Наука, 1996. 254 с.


• Пестряков В.К., Ковш Н.В., Попов А.И., Чуков С.Н. Моделирование трансформации органических веществ в лабораторном эксперименте // Почвоведение. 1990. № 3. С. 30-41.


• Прянишников Д.Н. Азот в жизни растений и в земледелии СССР. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1945. 200 с.


• Сафонов С.С., Карелин Д.В., Грабар В.А., Латышев Б.А., Грабовский В.И., Уварова Н.Е., Замолодчиков Д.Г., Коротков В.Н., Гитарский М.Л. Эмиссия углерода от разложения валежа в южнотаежном ельнике // Лесоведение. 2012. № 5. С. 44-49.


• Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А. Роль растительной биомассы в формировании активного пула органического вещества почвы // Почвоведение. 2004. № 11. С. 1350-1359.


• Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. М.: ГЕОС, 2007. 137 с.


• Allison S.D., LeBauer D.S., Ofrecio M.R., Reyes R., Ta A.-M., Tran T.M. Low levels of nitrogen addition stimulate de composition by boreal forest fungi // Soil Biology & Biochemistry. 2009. V. 41. P. 293-302.


• Berg B. Decomposition patterns for foliar litter: A theory for influencing factors// Soil Biology & Biochemistry. 2014. V. 78. P. 222-232.


• Carreiro M.M., Sinsabaugh R.L., Report D. A, Parkhurst D.F. Microbial enzyme shifts explain litter decay responses to simulated nitrogen deposition // Ecology. 2000. V. 81. P. 2359-2365.


• Dijkstra F.A., Hobbie S.E., Knops J.M.H., Reich P.B. Nitrogen deposition and plant species interact to influence soil carbon stabilization // Ecology letters. 2004. V. 7. P. 1192-1198.


• Gruber N., Galloway N. An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle// Nature. 2008. V. 451. P. 293-296.


• Hobbie S., Eddy W., Buyarski C., Adair C., Ogdahl M., Weisenhorn P. Response of decomposing litter and its microbial community to multiple forms of nitrogen enrichment // Ecological monographs. 2012. V. 82. P. 389-405.


• Knorr M., Frey S.D., Curtis P.S. Nitrogen additions and litter decomposition: a meta-analysis // Ecology. 2005. V. 86. P. 3252-3257.


• Kögel-Knabner I. The macromolecular organic composition of plant and microbial residues as inputs to soil organic matter // Soil Biology & Biochemistry. 2002. V. 34. P. 139-162.


• Leppänen S.M., Salemaa M., Smolander A., Mäkipää R., Tiirola M. Nitrogen fixation and methanotrophy in forest mosses along a N deposition gradient // Environmental & Experimental Botany. 2013. V. 90. P. 62-69.


• Practical handbook of microbiology. Third edition/ Eds. E. Goldman, L.H. Green. Boca Raton: CRC Press, 2015. 1055 p.


• Prescott C. Litter decomposition: what controls it and how can we alter it to sequester more carbon in forest soils // Biogeochemistry. 2010. V. 101. P. 133-149.


• Preston C.M., Nault J.R., Trofymov J.A. and CIDET Working Group Chemical changes during 6 year decomposition of 11 litters in some Canadian forest sites Part 1. Elemental Composition, Tannins, Phenolics, and Proximate Fractions // Ecosystems. 2009a. V. 12. P. 1053-1077.


• Preston C.M., Nault J.R., Trofymov J.A. Chemical Changes During 6 Years of Decomposition of 11 Litters in Some Canadian Forest Sites. Part 2. δ¹³C Abundance, Solid-State δ¹³C NMR Spectroscopy and the Meaning of “Lignin”// Ecosystems. 2009b. V. 12. P. 1078-1102.


• The European nitrogen assessment: sources, effects and policy perspectives/ Eds. M.C. Sutton, J.M. Howar et al. Cambridge: Cambridge University Press, 2011. 412 p.


• Zhang D., Hui D., Luo Y., Zhou G. Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors // Journal of Plant Ecology. 2008. V. 1. P. 85-93.