CONVERSION OF ARABLE LAND INTO ABANDONED INCREASE STABILITY OF SOIL ORGANIC MATTER
Authors: Филимоненко Е.А. , Упорова М.А. , Арбузова Е.А. , Ибраева К. , Константинов А.О. , Курганова И.Н. , Кузяков Я.В. 
Published: August 2024

Оценена микробиологическая активность и термическая стабильность органического вещества пахотных и залежных почв, сформированных на зональных темно-серых почвах подтаежной зоны Западной Сибири. За 30-летний период конверсии пахотной почвы в залежь запасы почвенного углерода, учтенные до глубины 100 см, увеличились на 36%, из которых ¾ сосредоточено в пахотном горизонте (0–30 см). В структуре накопленного почвенного органического вещества (ПОВ) преобладает термически лабильный пул (49-51 %), а суммарная доля устойчивого и сверхустойчивого пулов в почве составляет 19% и 29% на глубинах 0–30 и 30–100 см соответственно. Энергия активации термического окисления пулов ПОВ, рассчитанная на основе дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа почв, для лабильного пула составляет 62 кДж моль–1, стабильного – 149 Дж моль–1, устойчивого – 214 кДж моль–1, сверхустойчивого – 306 кДж моль-1. Энергия активации термического окисления ПОВ, количественно оцененная исходя из энергии активации окисления отдельных пулов и их удельной доли в составе ПОВ, при конверсии пашни в залежь увеличилась на 2 кДж моль–1 – с 121 кДж моль–1 до 123 кДж моль–1. Базальное дыхание на единицу почвенного органического углерода в залежах увеличилось в 2,4 раза на глубине до 5 см по сравнению с пахотной почвой и при этом уменьшилось в среднем на 14% на глубине более 30 см, что является маркером увеличения стабильности ПОВ к микробиологическому разложению в более глубоких слоях. При изменении типа землепользования с пашни на залежь установлена экспоненциальная зависимость между термической стабильностью ПОВ и микробиологическими характеристиками почв, отражающая их соответствие друг другу и указывающая на применимость методов термического анализа для оценки устойчивости ПОВ к микробному разложению.

The thermal and microbiological stability of soil organic matter (SOM) of arable and abandoned soils formed on Luvic Phaeozems in the subtaiga zone of Western Siberia were assessed during the study. Over a 30-year period of the arable land conversion to the abandoned, soil carbon stocks to a depth of 100 cm increased by 36%, ¾ of which were stored in the topsoil (0-30 cm). The thermally labile pool (49–51%) dominated in the structure of the accumulated SOM, while the total proportion of the stable and overstable pools of the accumulated SOM was 19% and 29% in the topsoil (0-30 cm) and the subsoil (30–100 cm), respectively. The activation energy of the SOM thermal oxidation, calculated from the data of differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis of the soils, was 62 kJ mol–1 for the thermally labile SOM pool, 149 kJ mol–1 for the stable pool, 214 kJ mol–1 for the overstable pool and 306 kJ mol-1 for the super stable pool. The activation energy of SOM thermal oxidation, quantified as the activation energy of individual pools and their contribution to the SOM structure, increased by 2 kJ mol–1 during conversion of the arable soil to the abandoned (from 121 kJ mol-1 to 123 kJ mol–1). Basal respiration per unit of soil organic carbon increased 2.4 times in the top 5-cm depth of the abandoned soil compared to the arable, and decreased by 14% in the subsoil below 30 cm marking an increasing resistance of SOM to microbial decomposition in the deeper soil. The exponential relationship between thermal stability of SOM and microbial respiration was established for both the arable and the abandoned soils. This shows that the thermal analysis approach can be a useful tool for estimating the resistance of SOM to microbial decomposition.