Взаимосвязи дыхания чернозема с составом органического вещества почвы в условиях центральной лесостепи Западной Сибири

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017. № 37. С. 6-16

АГРОХИМИЯ И ПОЧВОВЕДЕНИЕ

УДК 631.417.7:631.433.3 doi: 10.17223/19988591/37/1

А.Г. Шепелев1, Л.М. Самохвалова2

'Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, г. Якутск, Россия

2Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН, р.п. Краснообск, Россия

Взаимосвязи дыхания чернозема с составом органического вещества почвы в условиях центральной лесостепи Западной Сибири

Представлены данные полевых экспериментов и рассмотрены различные фракции легкоминерализуемого органического вещества почвы, оказывающие влияние на дыхание чернозема выщелоченного в период май-сентябрь. Суммарные потери углерода в виде СО2 из почвы зернового агроценоза определялись поступлением свежих растительных остатков в почву и зависели в большей степени от углерода мортмассы и детрита. Для оценки зависимости изучаемых показателей использовались коэффициенты корреляции и регрессионные модели, принятые в статистическом анализе. Полученные регрессионные уравнения показали прямолинейную зависимость между дыханием почвы и фракциями легкоминерализуемого органического вещества. Результаты исследования свидетельствуют о том, что в первую очередь из состава органического вещества почвы расходуется фракция углерода мортмассы.

Ключевые слова: дыхание почвы; углерод лабильный; углерод детрита; углерод мортмассы.

Введение

Органическое вещество и его основной компонент - гумус представляют собой сложный динамический комплекс органических соединений, образовавшихся при разложении и гумификации остатков растительного и животного происхождения. Решающая роль в накоплении почвенного органического вещества принадлежит травянистой растительности. В сравнении с биоценозами поступление растительного вещества в почву агроценозов значительно снижается из-за его отчуждения с поля. Показано [1], что в агроценозах лесостепи в почву поступает в 3-4 раза меньше растительного вещества в сравнении с их естественными аналогами. Резкое снижение при-

хода углерода в почвы агроценозов является наиболее важным фактором, определяющим специфику процессов трансформации почвенного органического вещества и активность гетеротрофных микроорганизмов.

Установлено, что со временем после распашки целины или залежи потери гумуса постепенно замедляются и спустя несколько десятилетий его содержание в почве стабилизируется. Основная причина заключается в значительном повышении консервативности органического вещества (устойчивости к разложению) вследствие утраты большей части его легко-минерализуемой фракции. Она представлена в основном свежими и полугу-мифицированными растительными остатками и подвижными гумусовыми веществами. Легкоминерализуемое органическое вещество почвы (ЛОВ), содержание которого в старопахотных черноземах составляет всего лишь несколько процентов от запаса общего углерода, выполняет в почве роль своеобразного стабилизатора содержания гумуса [2-4].

Прямым и наиболее достоверным методом оценки минерализации (потерь) органического вещества почвы является регистрация потока, выделяющегося СО2. Многочисленными исследованиями было установлено [5-11], что масштабы минерализации органического вещества в почве определяются в значительной степени гидротермическими условиями вегетационного периода, причем влияние температуры выражено значительно сильнее, чем влажности почвы. Менее изученной является роль различных фракций почвенного органического вещества в интенсивности минерализационных процессов, происходящих в почве [9, 12-15].

Цель настоящей работы - выявить зависимости между суммарными потерями углерода в форме СО2 и фракциями ЛОВ почвы посредством решения уравнений регрессии. Также важно понять, какая из перечисленных фракций оказывает в значительной степени большее влияние на дыхание почвы в условиях центральной лесостепи Западной Сибири.

Материалы и методики исследования

Исследования проводили в период 2007-2009 гг. в многофакторном полевом стационарном опыте ГНУ СибНИИЗиХ Россельхозакадемии, заложенном в 2001 г. на чернозёме выщелоченном среднесуглинистом в ОПХ «Элитное» Новосибирской области (к югу от г. Новосибирска), на левом берегу р. Оби. Географические координаты стационарного опыта: 54°55'26" с. ш., 82°57'11" в. д. В почвенно-географическом районировании исследуемая территория относится к суббореальному (умеренному) поясу Центральной лесостепной и степной областей, к Предалтайской лесостепной провинции черноземов оподзоленных, выщелоченных и серых лесных почв [16].

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощный сред-негумусный среднесуглинистый. Агрохимические показатели почвы приведены для слоя 0-28 см, содержание: гумуса - 5,8%, Кобщ - 0,30%, Р205 и

K2O (по Чирикову) - 23 и 18 мг/100 г почвы соответственно, рН - близкий к нейтральному.

Суммарные за вегетационный период (май-сентябрь) потери углерода из почвы агроценоза в виде СО2 рассчитывали на основании показателей среднесуточной скорости продуцирования СО2, которую измеряли на 4 парующихся делянках 1 раз в неделю в 4-кратной повторности абсорбционным методом [17].

Для определения фракций ЛОВ смешанные почвенные образцы отбирали из слоя почвы 0-25 см каждый год (в течение 3 лет) в 5-кратной повторно-сти с 4 парующихся делянок. Образцы высушивали и пропускали через сито с диаметром ячейки 2 мм. В полученных образцах определяли содержание углерода в почве: общего - методом Тюрина в модификации Никитина [18], лабильного - в 0,1 н. NaOH вытяжке [19], детрит - по методу Ганжары и со-авт. [20], мортмассы - путем отмывки негумифицированного органического вещества водой на сите с диаметром ячеек 0,25 мм [21].

Для понимания терминов, используемых в статье, приведем их определение. Детрит - промежуточные продукты разложения и гумификации источников гумуса, не связанные с минеральной частью почвы [22].

Мортмасса - свежие и полуразложившиеся остатки, не утратившие анатомического строения, отделяемые от почвы методом декантации водой на сите с диаметром ячеек 0,25 мм [23].

Статистическая обработка полученных данных проводилась в программе StatSoft STATISTICA for Windows 6.1. Данные представлены в виде средних арифметических со стандартными отклонениями.

Результаты исследования и обсуждение

Для территории России с умеренным климатом на долю вегетационного периода приходится 58-78% годовых минерализационных потерь СО2 из почвы. Довольно значительное количество углекислого газа выделяется из почвы вне вегетационного периода [24]. Можно полагать, что в Сибири доля СО2, приходящаяся на вегетационный период, будет существенно больше, поскольку в соответствии с ходом температуры микробиологические процессы в почве резко затухают осенью и также резко возобновляются весной.

В наших опытах (в среднем за 3 года исследований) наблюдался общий вектор дыхания почвы в агроценозе, и в зависимости от года мониторинга динамика месячных потерь С-СО2 варьировала в различных пределах (табл. 1). Усредненные данные за весь период наблюдений показали, что наименьшие потери углерода зарегистрированы в мае. С установлением равновесного состояния почвы в июне эмиссия СО2 увеличилась на 59% по сравнению с маем. Еще более значительно потери углерода возросли в июле, поскольку на этот период приходится высокая микробиологическая активность. В сравнении с июлем в августе было зафиксировано снижение

минерализационных потерь углерода из органического вещества почвы - на 17%. В сентябре эмиссия СО2 была близка к значениям мая. Безусловно, дыхание почвы зависит от ряда других причин, существенной из которых является поступление в почву агроценоза растительных остатков, оставшихся после уборки урожая. Продукция агроценозов по сравнению с естественными растительными формациями отличается одновидовым составом растений и отчуждением значительной части продукции, что сказывается на количестве поступающего растительного материала в почву. Тем не менее оставление в агроценозе пожнивных растительных остатков способствует формированию ЛОВ почвы, которое через определённый интервал времени вовлекается в почвенные процессы, например минерализационные, и в конечном итоге обнаруживается в составе гумуса почвы [25-27].

Т а б л и ц а 1 [Table 1] Среднемесячные потери углерода из органического вещества

почвы агроценоза, С-СО2 кг/га [Average carbon loss from soil organic matter of agrocenosis, C-CO2 kg/ha]

Годы наблюдений [Years of observation] Май [May] Июнь [June] Июль [July] Август [August] Сентябрь [September] Сумма [Sum]

2007 369±78 427±65 794±214 628±193 403±130 2621±701

2008 439±100 437±101 764±135 612±125 579±192 2831±637

2009 317±62 920±264 828±305 740±311 379±72 3184±925

В среднем за 2007-2009 гг. [On average in 2007-2009] 375±91 595±127 795±176 660±227 454±147 2879±703

Примечание. Здесь и далее: ± - стандартное отклонение.

[Note. Here and hereinafter. ± - standard deviation].

Понятно, что со временем минерализационные потери органического вещества почвы снижаются, вызвано это постепенным истощением количества легкоминерализуемых соединений, прежде всего запасов негумифици-рованного органического вещества (мортмассы). Следовательно, суммарная продукция углекислого газа из почвы напрямую зависит от количества, степени разложения и времени пребывания ЛОВ в почве. Более того, как было показано ранее [3, 4], увеличение поступления растительной биомассы сопровождается некоторым повышением содержания легкоминерализуемой фракции и как следствие резким возрастанием в почве скорости процесса минерализации органического вещества, что исключает значительное накопление в ней углерода. Существует и другая точка зрения авторов [28], что почвенные системы (например, почвы под агроценозами), которые обеспечивают меньший вклад в атмосферный углекислый газ, имеют меньшие потери лабильного углерода, в результате в почве накапливается больше ор-

ганического вещества. На самом деле это не так, как было установлено [3] с помощью меченной 14С соломы; накопить значительное количество углерода за счет растительных остатков в почве агроценоза невозможно вне зависимости от того, сколько поступает растительных остатков. Это связано с тем, что через определенный период аккумуляция углерода в почве практически прекращается и устанавливается равновесие между количеством поступающего в почву углерода и углерода органического вещества, теряющегося из почвы вследствие процесса минерализации.

Процесс минерализации органического вещества в почве агроценоза, осуществляемый микробной фауной, приводит к эксплицитным изменениям в составе ЛОВ почвы. Органическое вещество же в почве представлено различными по составу и происхождению фракциями и группами, имеющими отличительную устойчивость к биологическому распаду, что порой сложно определить детальные причины, воздействующие на изучаемые объекты, с помощью прямых методов. Следовательно, для определения и описания причин, влияющих в нашем случае на суммарные потери углерода, используется статистический метод.

В результате 3-летних исследований, составленных на основании измерений потока СО2 и содержания ЛОВ почвы, было обнаружено, что суммарные потери углерода в виде СО2 из почвы слагаются в большей степени из органического углерода (С), углерода детрита (Сдет) и мортмассы (Сморт) (табл. 2).

Т а бл и ц а 2 [Table 2]

Действие фракций легкоминерализуемого органического вещества на дыхание почвы [Effect of easily mineralized organic matter fractions on soil respiration]

Фракции легкоминерализуемого органического вещества почвы [Fractions of easily mineralized soil organic matter] Коэффициенты корреляции фракций легкоминерализуемого органического вещества почвы с С-СО2 [Correlation coefficients of easily mineralized soil organic matter fractions with C-CO2] t P r2 n Уравнения регрессии [Regression equations]

С , % орг' [Organic carbon, %] 0,6 1,6 0,19 0,4 6 у = -4355,3 + + 1930,8х

Углерод лабильный, мг/кг [Labile carbon, mg/kg] 0,4 1,0 0,37 0,2 6 -

Углерод детрита, мг/кг [Carbon in detritus, mg/kg] 0,7 2,2 0,09 0,5 6 у = 817,20 + + 1,4446х

Углерод мортмассы, мг/кг [Carbon in mortmass, mg/kg] 0,8 2,5 0,07 0,6 6 у = 1389,2 + + 2,055х

Примечание. t - критерий Стьюдента; p - уровень статистической значимости; r2 -коэффициент детерминации; n - число наблюдений; у - дыхание почвы за период май-сентябрь, кг/га; х - фракция ЛОВ почвы, мг/кг.

[Note. t - Student's t-test, p - statistical significance level, r2 - coefficient of determination, n - number of observations, y - soil respiration during the period of May-September, kg/ha, x - soil fraction mg/kg].

Средством статистического описания полученных рядов для экспериментальных данных использовалось уравнение регрессии первого порядка, так как уравнения более высоких порядков не приводили к повышению точности результатов, определяющих зависимость дыхания почвы от содержания ЛОВ.

Из приведенного материала следует, что зависимость между откликом дыхания почвы и лабильным углеродом (Слаб) является слабой - r2 = 0,2, для С , С и С она составляет среднюю зависимость. Экспериментальная

орг дет морт r r

зависимость показателей оценивалась по коэффициентам корреляции, которые варьировали в пределах от 0,4 до 0,8 - средняя связь. Построенная модель не выявила статистически значимых связей дыхания почвы с изучаемыми фракциями ЛОВ почвы, поскольку уровни значимости больше 0,05, соответственно вклад фракций в дыхание почвы минимален. Возможно, это связано с постепенным процессом деструкции различных по степени устойчивости фракций органического вещества почвы; вначале используются легкоминерализуемые фракции, а после их утраты в процесс минерализации включаются устойчивые (трудноминерализуемые) соединения.

Регрессионные уравнения, характеризующие дыхание почвы с фракциями ЛОВ, показали прямолинейную зависимость, что указывает на существенные потери углерода в результате минерализации органического вещества почвы. В конечном итоге дыхание почвы является результатом сопряженных процессов: с одной стороны, поступлением растительного материала, а с другой - минерализацией органического вещества почвы, что согласуется с выводами зарубежных исследователей [29].

Заключение

Проведенный регрессионный анализ показал преобладание роли углерода мортмассы и детрита в суммарных потерях углерода в виде СО2 из чернозема выщелоченного по сравнению с его лабильной фракцией. Использование статистического метода позволило в приближенном значении смоделировать влияние различных показателей почвенного органического вещества на дыхание почвы. Рассмотренные в совокупности фракции органического вещества почвы и потери СО2 с точки зрения статистического моделирования способствовали выявить зависимости в изучаемых показателях.

Литература

1. Титлянова А.А., Кирюшин В.И., Охинько И.П., Андриевский В.С., Афанасьев Н.А., Быкадорова Л.В., Гантимурова Н.И., Клевенская И.Л., Лебедева И.Н., Линник В.Г., Мордкович В.Г., Мордкович Г.Д., Наумов А.В., Ревенский Л.Е., Тихомирова Н.А., Фролова Р.А., Шибарева С.В., Шушуева М.Г. Агроценозы степной зоны. Новосибирск : Наука, 1984. 246 с.

2. ШарковИ.Н. Удобрения и проблема гумуса в почвах // Почвоведение. 1987. № 11. С. 70-81.

3. ШарковИ.Н., Букреева С.Л., Данилова А.А. Роль легкоминерализуемого органического

вещества в стабилизации запасов углерода в пахотных почвах // Сибирский экологический журнал. 1997. № 4. С. 363-368.

4. Paterson E., Sim A. Soil-specific response functions of organic matter mineralization to the

availability of labile carbon // Global Change Biology. 2013. Vol. 19, № 5. PP. 1562-1571.

5. Jong E., Schappert H.J.V., Macdonald K.B. Carbon dioxide evolution from virgin and

cultivated soil as affected by management practices and climate // Can. J. Soil Sci. 1974. Vol. 54, № 3. PP. 299-307.

6. Singh J.S., Gupta S.R. Plant decomposition and soil respiration in terrestrial ecosystems //

Bot. Rev. 1977. Vol. 43, № 4. PP. 449-528.

7. Buyanovsky С.А., Wagner C.H. Annual cycles of carbon dioxide level in soil air // Soil Sci.

Soc. Am. J. 1983. Vol. 47, № 6. PP. 1139-1145.

8. Макаров Б.Н. Газовый режим почвы. М. : Агропромиздат, 1988. 104 с.

9. KurganovaI.N., Kudeyarov V.N., LopesDe Gerenyu V.O. Updated estimate of carbon balance

on Russian territory // Tellus, series B: chemical and physical meteorology. 2010. Vol. 62, № 5. PP. 497-505.'

10. Lecki N.A., CreedI.F. Forest soil CO2 efflux models improved by incorporating topographic controls on carbon content and sorption capacity of soils // Biogeochemistry. 2016. Vol. 129. PP. 307-323.

11. Giardina C.P., Litton C.M., Crow S.E., Asner G.P. Warming-related increases in soil CO2 efflux are explained by increased below-ground carbon flux // Nature Climate Change. 2014. Vol. 4. PP. 822-827.

12. QiaoN., SchaeferD., BlagodatskayaE., ZouX., XuX., Kuzyakov Ya. Labile carbon retention compensates for CO2 released by priming in forest soils // Global Change Biology. 2013. Vol. 20, № 6. PP. 19423-1954.

13. Stockmann U., Adams M.A., Crawford J.W., Field D.J., Henakaarchchi N., Jenkins M., Minasny B., McBratney A.B., Remy de Courcelles V. de, Singh K., Wheeler I., Abbott L., AngersD.A., Baldock J., BirdM., BrookesP.C., Chenu C., Jastrow J.D., LalR., Lehmann J., O'Donnell A.G., Parton W.J., Whitehead D., Zimmermann M. The knowns, known unknowns and unknowns of sequestration of soil organic carbon // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2013. Vol. 164. PP. 80-99.

14. Riley W.J., Maggi F., KleberM., Torn M.S., Tang J.Y., Dwivedi D., Guerry N. Long residence times of rapidly decomposable soil organic matter: application of a multi-phase, multi-component, and vertically resolved model (BAMS1) to soil carbon dynamics // Geosci. Model Dev. 2014. Vol. 7. PP. 1335-1355.

15. Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. Vol. 528. PP. 60-68.

16. Почвенно-географическое районирование СССP (в связи с сельскохозяйственным использованием земель) / отв. ред. П.А. Летунов. М. : Издательство Академии наук СССР 1962. 422 с.

17. Шарков И.Н. Абсорбционный метод определения эмиссии СО2 из почв // Методы исследований органического вещества почв. М. : Pоссельхозакадемия, ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. С. 401-407.

18. Никитин Б.А. Метод определения гумуса почвы // Агрохимия. 1999. № 5. С. 91-93.

19. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование. Л. : Наука, 1980. 220 с.

20. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Шевченко А.В. Метод определения содержания и состава мобильных форм органических веществ в почвах // Известия ТСХА. 1987. Вып. 1. С. 173-177.

21. Шарков И.Н., Самохвалова Л.М., Шепелев А.Г. Изучение изменений содержания лабильного органического вещества в почве при использовании ее в различных севооборотах // Проблемы рационального использования малоплодородных земель: материалы междунар. науч.-практ. конф. Омск, 2009. С. 98-102.

22. Ганжара Н.Ф. Почвоведение. М. : Агроконсалт, 2001. 392 с.

23. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России / В.Н. Кудеяров, Г.А. Заварзин, С.А. Благодатский, А.В. Борисов, П.Ю. Воронин, В.А. Демкин, Т.С. Демкина, И.В. Евдокимов, Д.Г. Замолодчиков, Д.В. Карелин, А.С. Комаров, И.Н. Курганова, А.А. Ларионова, В.О. Лопес де Гереню, А.И. Уткин, О.Г. Чертов ; отв. ред. Г.А. Заварзин. М. : Наука, 2007. 315 с.

24. Шарков И.Н. Влияние ежегодного внесения растительных остатков на накопление органического вещества в почве (опыты с 14С) // Почвоведение. 1996. № 9. C. 10731077.

25. Борисов Б.А., Ганжара Н.Ф. Географические закономерности распределения и обновления легкоразлагаемого органического вещества целинных и пахотных почв зонального ряда европейской части России // Почвоведение. 2008. № 9. С. 1071-1078.

26. СеменовВ.М., КогутБ.М. Почвенное органическое вещество. М. : ГЕОС, 2015. 233 с.

27. Lupwayi N.Z., Rica W.A., Clayton G.W. Soil microbial biomass and carbon dioxide flux, under whear as influenced by tillage and crop rotation // Can. J. Soi1. Sci. 1999. Vol. 79, № 2. PP. 273-280.

28. Фрунзе Н.И. Интенсивность выделения диоксида углерода из чернозёма карбонатного при внесении удобрений // Агрохимия. 2007. № 2. С. 43-48.

29. Jan van Groenigen K., Qi X., Osenberg C.W., Luo Y., Hungate B.A. Faster Decomposition Under Increased Atmospheric CO2 Limits Soil Carbon Storage // Science. 2014. Vol. 344. PP. 508-509.

Поступила в редакцию 12.09.2016 г.; повторно 12.11.2016 г.;

принята 26.01.2017 г.; опубликована 25.03.2017 г.

Авторский коллектив:

Шепелев Андрей Геннадиевич - канд. биол. наук, с.н.с. лаборатории криогенных ландшафтов Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (Россия, 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36). E-mail: carbon-shag@yandex.ru

Самохвалова Людмила Михайловна - с.н.с. лаборатории плодородия почв Сибирского научно-исследовательского института земледелия и химизации Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН (Россия, 630501, р.п. Краснообск, Новосибирская обл., а/я 356). E-mail: ludda47@mail.ru

Shepelev AG, Samokhvalova LM. Relationship between chernozem respiration and soil organic matter composition in the central forest-steppe of Western Siberia. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2017;37:6-16. doi: 10.17223/19988591/37/1 In Russian, English summary

Andrey G. Shepelev1, Lyudmila M. Samokhvalova2

'Melnikov Permafrost Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk, Sakha Republic, Russian Federation

2Siberian Research Institute of Agriculture and Chemicals used in Agriculture, Siberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences, Krasnoobsk, Novosibirsk oblast, Russian Federation

Relationship between chernozem respiration and soil organic matter composition in the central forest-steppe of Western Siberia

The aim of this work was to identify the relationship between the total loss of carbon in the form of CO2 and fractions of easily mineralized soil organic matter (labile carbon, mortmass carbon, detritus carbon) by solving regression equations. It

was also important to understand which of the above-mentioned fractions has a greater impact on soil respiration in the central forest-steppe of Western Siberia. We carried out investigations in the period of 2007-2009, in a multivariate stationary field experiment, started in 2001 on leached chernozem in Novosibirsk oblast (south of the city of Novosibirsk), on the left bank of the Ob' river (54°55'26.6''N, 82°57'11.1"E). In the soil-geographical zoning, the studied area belongs to the subboreal zone of the Central forest-steppe and steppe areas and the Prealtay forest-steppe zone of chernozems of podzolized, leached and grey forest soils.

In our experiments (on average through 3 years of studies), we observed a general soil respiration vector in agrocenosis, and depending on the year of monitoring, variation of monthly C-CO2 loss dynamics in different ranges. The average data for the entire period of observations showed that the smallest carbon losses were recorded in May. With the establishment of the equilibrium state of soil in June, CO2 emissions increased by 59% compared with May. Carbon loss increased even more significantly in July, because at this period microbiological activity is at its highest. Compared with July, a decrease in carbon mineralization loss from soil organic matter by 17% was recorded in August. In September, CO2 emission was close to the values of May. Certainly, soil respiration depends on a number of other reasons, the most significant of them being the release of plant residues left after harvesting into agrocenosis soil.

Our research shows that the dependence between the response of soil respiration and labile carbon is weak - r2=0.2, for organic carbon, mortmass carbon and detritus carbon there exists high dependence - r2=0.4-0.6. The experimental dependence of the parameters was evaluated by correlation coefficients, which ranged from 0.4 to 0.8 -the average relationship. The constructed model did not reveal statistically significant connection of soil respiration with the studied easily mineralized soil organic matter fractions, because the significance levels exceeded 0.05, therefore, the contribution of fractions to soil respiration was minimal. This may be due to the gradual process of destruction of soil organic matter fractions different in their degree of stability. In the beginning, easily mineralized fractions are used, and after their loss, stable compounds are included in the mineralization process. Regression equations describing soil respiration with easily mineralized organic matter fractions showed linear relationship, indicating a significant loss of carbon as a result of soil organic matter mineralization. Our regression analysis showed a predominance of the role of mortmass carbon in carbon total losses in the form of CO2 from the leached chernozem as compared to the labile carbon fraction.

The article contains 2 Tables, 29 References.

Key words: soil respiration; labile carbon; detritus carbon; mortmass carbon.

References

1. Titlyanova AA, Kiryushin VI, Okhin'ko IP, Andrievskiy VS, Afanas'ev NA, Bykadorova LV,

Gantimurova NI, Klevenskaya IL, Lebedeva IN, Linnik VG, Mordkovich VG, Mordkovich GD, Naumov AV, Revenskiy LE, Tikhomirova NA, Frolova RA, Shibareva SV, Shushueva MG. Agrotsenozy stepnoy zony [Agrocenoses of steppe zone]. Novosibirsk: Nauka, Siberian Branch Publ.; 1984. 246 p. In Russian

2. Sharkov IN. Udobreniya i problema gumusa v pochvakh [Fertilizers and the problem of

humus in soil]. Pochvovedenie. 1987;11:70-81. In Russian

3. Sharkov IN, Bukreeva SL, Danilova AA. Rol' legkomineralizuemogo organicheskogo veshchestva v stabilizatsii zapasov ugleroda v pakhotnykh pochvakh [Role of easily mineralized organic matter in the stabilization of carbon stocks in arable soils]. Sibirskiy Ekologicheskiy Zhurnal. 1997;4:363-368. In Russian

4. Paterson E, Sim A. Soil-specific response functions of organic matter mineralization to the

availability of labile carbon. Global Change Biology. 2013;19:1562-1571. doi: 10.1111/gcb.12140

5. Jong E, Schappert HJV, Macdonald KB. Carbon dioxide evolution from virgin and cultivated

soil as affected by management practices and climate. Can. J. SoilSci. 1974;54(3):299-307. doi: 10.4141/cjss74-039

6. Singh JS, Gupta SR. Plant decomposition and soil respiration in terrestrial ecosystems. Bot.

Rev. 1977;43(4):449-528. doi: 10.1007/BF02860844

7. Buyanovsky CA, Wagner CH. Annual cycles of carbon dioxide level in soil air. Soil Sci. Soc.

Am. J. 1983;47(6):1139-1145. doi: 10.2136/sssaj1983.03615995004700060016x

8. Makarov BN. Gazovyy rezhim pochvy [Gas regime of soil]. Moscow: Agropromizdat Publ.;

1988. 104 p. In Russian

9. Kurganova IN, Kudeyarov VN, Lopes De Gerenyu VO. Updated estimate of carbon balance on

Russian territory. Tellus, series B: chemical and physical meteorology. 2010;62(5):497-505. doi: 10.1111/j.1600-0889.2010.00467.x

10. Lecki NA, Creed IF. Forest soil CO2 efflux models improved by incorporating topographic controls on carbon content and sorption capacity of soils. Biogeochemistry. 2016;129:307-323. doi: 10.1007/s10533-016-0233-5

11. Giardina CP, Litton CM, Crow SE, Asner GP. Warming-related increases in soil CO2 efflux are explained by increased below-ground carbon flux. Nature Climate Change. 2014;4:822-827. doi: 10.1038/nclimate2322

12. Qiao N, Schaefer D, Blagodatskaya E, Zou X, Xu X, Kuzyakov Ya. Labile carbon retention compensates for CO2 released by priming in forest soils. Global Change Biology. 2013;20(6):1943-1954. doi: 10.1111/gcb.12458

13. Stockmann U, Adams MA, Crawford JW, Field DJ, Henakaarchchi N, Jenkins M, Minasny B, McBratney AB, Remy de Courcelles V, Singh K, Wheeler I, Abbott L, Angers DA, Baldock J, Bird M, Brookes PC, Chenu C, Jastrow JD, Lal R, Lehmann J, O'Donnell AG, Parton WJ, Whitehead D, Zimmermann M. The knowns, known unknowns and unknowns of sequestration of soil organic carbon. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2013;164:80-99. doi: 10.1016/j.agee.2012.10.001

14. Riley WJ, Maggi F, Kleber M, Torn MS, Tang JY, Dwivedi D, Guerry N. Long residence times of rapidly decomposable soil organic matter: application of a multi-phase, multi-component, and vertically resolved model (BAMS1) to soil carbon dynamics. Geosci. Model Dev. 2014;7:1335-1355. doi: 10.5194/gmd-7-1335-2014

15. Lehmann J, Kleber M. The contentious nature of soil organic matter. Nature. 2015;528:60-68. doi: 10.1038/nature16069

16. Pochvenno-geograficheskoe rayonirovanie SSSR (v svyazi s sel'skokhozyaystvennym ispol'zovaniem zemel') [Soil-geographical regionalization of the USSR (in connection with the use of agricultural land)]. Letunov PA, editor. Moscow: Akademiya nauk SSSR Publ.; 1962. 422 p. In Russian

17. Sharkov IN. Absorbtsionnyy metod opredeleniya emissii SO2 iz pochv [Absorption method for the determination of CO2 emissions from soils]. In: Metody issledovaniy organicheskogo veshchestva pochv [Research methods of soil organic matter]. Moscow: Rosselhozakademiya, GNU VNIPTIOU Publ.; 2005. pp. 401-407. In Russian

18. Nikitin BA. Metod opredeleniya gumusa pochvy [Method for determination of soil humus]. Agrokhimiya. 1999;5:91-93. In Russian

19. Ponomareva VV, Plotnikova TA. Gumus i pochvoobrazovanie [Humus and Soil Formation]. Leningrad: Nauka Publ.; 1980. 220 p. In Russian

20. Ganzhara NF, Borisov BA, Shevchenko AV. Metod opredeleniya soderzhaniya i sostava mobil'nykh form organicheskikh veshchestv v pochvakh [Method of determining the content and composition of mobile forms of organic matter in soils]. Izvestiya ofTimiryazev Agricultural Academy. 1987;1:173-177. In Russian

21. Sharkov IN, Samokhvalova LM, Shepelev AG. Izuchenie izmeneniy soderzhaniya labil'nogo organicheskogo veshchestva v pochve pri ispol'zovanii ee v razlichnykh sevooborotakh [Study of changes in the content of labile organic matter in soil when using it in various crop rotations]. In: Problemy ratsional'nogo ispol'zovaniya maloplodorodnykh zemel': Materialy mezhdunar. nauchno-prakt. konf. [Problems in the rational use of marginal land. Proc. of the Int. Res. and Pract. Conf. (Omsk, Russia, 28-29 April, 2009)]. Omsk: Omsk Publ.; 2009. pp. 98-102. In Russian

22. Ganzhara NF. Pochvovedenie [Soil Science]. Moscow: Agrokonsalt Publ.; 2001. 392 p.

23. Kudeyarov VN, Zavarzin GA, Blagodatskiy SA, Borisov AV, Voronin PY, Demkin VA, Demkina TS, Evdokimov IV, Zamolodchikov DG, Karelin DV, Komarov AS, Kurganova IN, Larionova AA, Lopes de Gerenyu VO, Utkin AI, Chertov OG. Puly i potoki ugleroda v nazemnykh ekosistemakh Rossii [Pools and fluxes of carbon in terrestrial ecosystems of Russia]. Zavarzin GA, editor. Moscow: Nauka Publ.; 2007. 315 p. In Russian

24. Sharkov IN. Vliyanie ezhegodnogo vneseniya rastitel'nykh ostatkov na nakoplenie organicheskogo veshchestva v pochve (opyty s 14C) [Impact of annual crop residues on the accumulation of organic matter in soil (experiments with 14C)]. Pochvovedenie. 1996;9:1073-1077. In Russian

25. Borisov BA, Ganzhara NF. Geographical features of the distribution and renewal of easily decomposable organic matter in virgin and arable zonal soils of European Russia. Eurasian Soil Science. 2008;41(9):946-952. doi: 10.1134/S1064229308090056

26. Semenov VM, Kogut BM. Pochvennoe organicheskoe veshchestvo [Soil organic matter]. Moscow: GEOS Publ.; 2015. 233 p. In Russian

27. Lupwayi NZ, Rica WA, Clayton GW. Soil microbial biomass and carbon dioxide flux, under whear as influenced by tillage and crop rotation. Can. J. Soil. Sci. 1999;79(2):273-280. doi: 10.4141/S98-052

28. Frunze NI. Intensivnost' vydeleniya dioksida ugleroda iz chernozema karbonatnogo pri vnesenii udobreniy [Intensity of the emission of carbon dioxide from carbonate chernozem with fertilizer]. Agrokhimiya. 2007;2:43-48. In Russian

29. Jan van Groenigen K, Qi X, Osenberg CW, Luo Y, Hungate BA. Faster Decomposition Under Increased Atmospheric CO2 Limits Soil Carbon Storage. Science. 2014;344:508-509. doi: 10.1126/science.1249534

Received 12 September 2016; Revised 12 November 2016;

Accepted 26 January 2017; Published 25 March 2017.

Author info:

Shepelev Andrey G, Cand. Sci. (Biol.), Senior Researcher, Laboratory of Cryogenic Landscapes, Melnikov

Permafrost Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 36 Merzlotnaya Str., Yakutsk

677010, Sakha Republic, Russian Federation.

E-mail: carbon-shag@yandex.ru

Samokhvalova Lyudmila M, Senior Researcher, Laboratory of Soil Fertility, Siberian Research

Institute of Agriculture and Chemicals used in Agriculture, Siberian Federal Scientific Centre of Agro-

BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences, PO box 356, Krasnoobsk 630501, Novosibirsk

oblast, Russian Federation.

E-mail: ludda47@mail.ru