Содержание материала

ОСНОВНЫЕ НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ ЛАБОРАТОРИИ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 10 ЛЕТ
Баланс парниковых газов в экосистемах
  • Дана оценка роли почвенного покрова России и Мира как резервуара углерода с высокими величинами (порядка нескольких тысяч лет) времени пребывания. Показано, что при площади территории России в 1/8.5 часть суши Земли, в почвах России сосредоточена 1/5 часть мировых запасов почвенного органического углерода, т.е. почвенный покров России является глобальным буфером в отношении резких колебаний газового состава атмосферы, вызванных антропогенным фактором и климатическими изменениями. 
  • Впервые проведены многолетние круглогодичные наблюдения за эмиссией СО2 из почв различных экосистем. На основании непрерывных 12-летних наблюдений получены уникальные данные по характеристике годовых потоков СО2 из почв и их межгодовой вариабельности. Показано, что вклад холодного периода (ноябрь-март) в годовую эмиссию СО2составляет 25-30 %. 
  • Создана база данных «Дыхание почв России». Оценен вклад почвенного дыхания на территории России в глобальную эмиссию СО2. Показано, что почвенный покров страны выделяет в атмосферу Земли 6 % СО2 от общей эмиссии этого газа почвами мира, а чистая продукция фотосинтеза наземных экосистем России составляет 10% от мировой величины. Таким образом, территория России является территорией нетто стока СО2 в размере около 1 млрд. т С в год.
  • Впервые созданы карты общей почвенной эмиссии СО2, корневого и микробного дыхания в почвах РФ, а также баланса углерода на территории России. Оценено влияние изменений землепользования в Российской Федерации на баланс углерода и эмиссию диоксида углерода из почвы. 
  • На примере серых лесных почв показано, что большинство агроэкосистем не является нетто источником СО2 в атмосфере. Более того, начиная с 1990-х годов, образование залежных земель сопровождается связывания атмосферного СО2 в почвенном С. В настоящее время при площади залежных земель около 30 млн. га величины секвестра СО2составляют порядка 300 млн. т С. 
  • В опытах по изучению воздействия повышенной концентрации СО2 на продуктивность растений и дыхательную активность почвенной микрофлоры было показано, что «удобрительный эффект» СО2 в концентрациях 700 и 1500 ppm при выращивании тополя дельтоидного выражался в повышении продуктивности фотосинтеза в 1.6 и 1.3 раза соответственно. При этом также усиливалась дыхательная активность почвенных микроорганизмов.
  • Изучено влияние процессов замораживания-оттаивания на эмиссию СО2 и N2O из почвы.
  • Впервые с использованием изотопных методов было определено поступление углерода корневых выделений в биомассу ризосферных микроорганизмов и скорость его оборачиваемости, а также вклад ризосферных микроорганизмов в общую эмиссию СО2 из почвы на протяжении всего периода вегетации сельскохозяйственных растений.
  • Модифицирован метод определения корневого дыхания с помощью субстрат-индуцированного дыхания. Проведен критический анализ методов определения корневого и ризомикробного дыхания.
         (В.Н. Кудеяров, А.А. Ларионова, И.Н. Курганова, В.О. Лопес де Геренью, И.В. Евдокимов, Д.В. Сапронов)

 

Классификация устойчивости почвенного органического вещества
  • Определены размеры активного пула органического вещества в почве разных экосистем. По константам минерализации выделены легко-, умеренно- и трудноминерализуемые фракции активного органического вещества почвы.
  • Разработан способ оценки биологического качества органического вещества почвы по совокупности биокинетических параметров. 
  • Установлен факт сильного обеднения пахотных почв по углероду микробной биомассы и активному органическому веществу. 
  • Углеродсеквестрирующая емкость пахотных почв была 1.3-1.9 раз ниже по сравнению с их природными аналогами в зонально-генетическом ряду. 
  • По скорости минерализации азота пул почвенного органического вещества был подразделен на пять классов веществ: с очень быстрой, быстрой, умеренно быстрой, медленной и очень медленной скоростями минерализации.
  • Исследована чистая минерализация и иммобилизация азота при разложении разных органических материалов.
         (В.М. Семенов, Т.В. Кузнецова, А.С. Тулина, А.К. Ходжаева)
Определение скоростей обновления и  механизмов устойчивости почвенного органического вещества к разложению
  • Устойчивость органического вещества черноземов Российской Федерации оказалась экстремально высокой по сравнению с другими типами почв мира. Среднее время обновления углерода почвы, оцененное методом варьирования естественного обогащения 13С, в черноземах составило 1270-1500 лет, в то время как в других типах почв оно не превышает 300 лет.
  • Процессы фрагментации растительных остатков и диспергации почвенных минералов играют важную роль в формировании устойчивых органо-минеральных комплексов в почве, поэтому органическое вещество крупных фракций размером более 5 мкм разлагается с высокой скоростью, а гумус тонкопылеватой и илистой фракций наиболее устойчив к разложению почвенными микроорганизмами. При общей направленности биологического круговорота в сторону накопления углерода в почве основным механизмом стабилизации углерода является химическая устойчивость органического вещества. В условиях, когда углерод теряется из почвы,  наиболее значимым механизмом становится физико-химическая устойчивость органо-минеральных комплексов, состоящих из гуминовых кислот и глинистых минералов.
         (А.А. Ларионова, И.В. Евдокимов, Д.В. Сапронов)
Устойчивость микробного сообщества почвы к стрессам
  • Отклик почвенного микробного сообщества на природные или антропогенные нарушения можно количественно охарактеризовать с помощью метаболического коэффициента, представляющего собой отношение активности (дыхание) сообщества к его биомассе. Разработан способ количественной оценки степени и продолжительности нарушения в почве, позволяющий получить дополнительную информацию об опасности антропогенных воздействий на почву. 
  • Проведена количественная оценка самоочищающей способности почвы по отношению к органическим поллютантам.
  • Выявлено уменьшение углерода микробной биомассы и его доли в содержании общего органического углерода в зональном ряду почв при сельскохозяйственном использовании. 
  • Определен вклад грибов и бактерий в микробную биомассу почв разных экосистем. Показано, что в пахотных почвах вклад грибов в суммарную биомассу резко уменьшается по сравнению с естественными аналогам. 
  • Обнаружен сдвиг в структуре почвенного микробного сообщества, определяемой по профилям жирных кислот (PLFA profiling), при внесении экстремально высоких (до 200 мг N/100г) в сторону увеличения доли грибной биомассы, изменения соотношения между грам-положительными и грам-отрицательными бактериями в пользу грам-отрицательных.
         (Н.Д. Ананьева, Е.А. Сусьян, И.В. Евдокимов)
Математическое моделирование роста микроорганизмов в почве
  • Предложены новые математические модели, описывающие рост микроорганизмов в почве, минерализацию органического вещества и внутрипочвенный цикл азота. Используемый подход основан на классических уравнениях микробного роста с включением новой переменной физиологического состояния (r), которая характеризует микробную активность. Активность микроорганизмов, в свою очередь, влияет на скорости микробного роста и отмирания, минерализации органического вещества почвы и иммобилизации минерального азота. 
  •  Эффективность микробного биосинтеза (доля потребленного субстрата, расходуемого на дыхание) и дыхание поддержания зависят от соотношения C:N и физиологического состояния микробной биомассы.
         (С.А. Благодатский)
Роль азота в питании растений
  • Изучена миграция нитратов вниз по профилю почвы в условиях интенсивного внесения азотного удобрения и выявлена решающая роль этого процесса в обеспечении последействия азота. 
  •  Установлено, что обеспечение сбалансированного уровня азотного и фосфорного питания растений является определяющим фактором оптимизации азотного баланса. 
  •  Обоснована существенная роль сбалансированного внесения удобрений в усилении устойчивости зерновых злаков к неблагоприятному воздействию засухи. В этих условиях посевы обладают способностью использовать труднодоступные формы влаги из почвы и снижать долю непродуктивного расхода влаги на испарение в общем водопотреблении.
         (В.И. Никитишен, В.И. Личко)
   
© ИФХиБПП РАН