<<
>>

МИКРОБНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ МЕТАНА, ДИОКСИДА УГЛЕРОДАИ ЗАКИСИ АЗОТА В ОКУЛЬТУРЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ В. В. Новиков, А. Л. Степанов, А. И. Поздняков

  Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, vladvad@ya.ru

На примере почв поймы реки Яхромы (Московская обл.) изучены особенности микробной трансформации парниковых газов (метана, диоксида углерода и закиси азота)в окультуренных торфяных почвах.

Проведен сравнительный анализ интенсивности микробных процессов в торфяных почвах разных сроков сельскохозяйственного использования. Получено подтверждение способности окисления метана культурами нитрифицирующих бактерий Nitrosolobus multiformis и Nitrosospira sp.

Строительство осушительных систем вносит коренные изменения в болотные ландшафты, создавая условия для ускоренной минерализации органического вещества торфяных почв. Несмотря на многовековой опыт осушения болот, имеющиеся материалы по осадке и сработке торфа противоречивы. Недостаток большинства работ состоит в ограниченности срока наблюдения несколькими годами с момента осушения, когда осадка торфа протекает наиболее интенсивно.

Цель работы заключалась в выяснении особенностей процессов эмиссии и поглощения парниковых газов в торфяных почвах при осушении и длительном сельскохозяйственном использовании (30, 60 и 90 лет). В качестве контрольной была выбрана неосушенная торфяная почва (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика объектов исследования

Название почвы и срок сельскохозяйственного использования

pH водный

Зольность, %

Агроторфяная типичная на осоково-гипновом торфе, 90 лет использования

7,8

27,79

Агроторфяная типичная на травяно-гипновых торфах, 60 лет использования

7,4

31,07

Агроторфяная типичная почва на древесном эутрофном торфе, 30 лет использования

6,6

44,6

Торфяная типичная на гипновом разнотравном торфе (контроль)

7,5

15,40

Определение эмиссии и поглощения парниковых газов проводили как в полевых условиях - методом эмиссионных камер, так и в лаборатории - инкубацией почвенных образцов в герметичных флаконах.

Измерение концентрации газов осуществляли методом газовой хроматографии.

Сезонная динамика эмиссии парниковых газов (CO2, CH4, N2O) из торфяных почв изучалась на протяжении вегетационного периода. Минимальная интенсивность эмиссии была отмечена в апреле. К середине лета активность дыхания агроторфяных почв повышается при снижении эмиссии метана, что вероятно обусловлено понижением уровня грунтовых вод. Большое количество дождевых осадков в конце сентября - начале октября способствует повышению уровня грунтовых вод и приводит к увеличению эмиссии метана. В период низкого уровня грунтовых вод осушенная толща агроторфяной почвы работает как метанопоглощающий фильтр, который окисляет метан, образующийся в анаэробной зоне. Это приводит к снижению общего потока метана из почв в атмосферу. В отличие от метана, поток закиси азота в этих условиях, наоборот, возрастает. Максимальная эмиссия N2O наблюдается в июле. Это обусловлено облегченной диффузией N2O в окислительных условиях в силу преимущественно анаэробного характера процесса микробного восстановления N2O в почвах. Таким образом, понижение уровня грунтовых вод сопровождается ростом потока CO2 и N2O из почв в атмосферу при одновременном снижении эмиссии CH4. Активность эмиссии парниковых газов на протяжении всего периода исследований в агроторфяной почве 30-60 лет использования - в 2-3 раза выше по сравнению с почвой 90 лет использования и в 3-4 раза выше, чем в контроле.

Особого внимания среди процессов, связанных с поглощением парниковых газов в агроторфяных почвах, заслуживает процесс окисления метана. Метан является одним из важнейших микрокомпонентов атмосферы, во многом определяющим процесс глобального изменения климата. Величина потока метана из почв в атмосферу определяется главным образом протеканием двух противоположно направленных микробных процессов - выделением метана метаногенными микроорганизмами и его поглощением метано- трофными бактериями. Большое влияние на соотношение между этими процессами в почвах оказывает концентрация минеральных соединений азота.

Это обусловлено способностью метанокисляющих бактерий переключаться на окисление ионов аммония, что объясняется сходством ключевых ферментов метанмонооксигеназы и аммониймонооксигеназы [1]. В нашей работе впервые определен вклад нитрифицирующих бактерий в процесс окисления метана в почвах: на разных участках агроторфяных почв степень участия нитрификаторов в окислении метана варьирует от 6 до 15 %. Вклад метанотрофов в процесс окисления аммония может достигать 12-26 % [2].

Установлена способность чистых культур автотрофных нитрифицирующих бактерий Nitrosolobus multiformis и Nitrosospira sp. окислять метан (до 3,7 нмоль CH4 / 103 кл.-сут) [3]. Способность нитрификаторов переключаться с окисления аммония на окисление метана служит скорее всего механизмом выживания, когда один из этих источников энергии недоступен [4]. В связи с тем, что метан всегда присутствует в торфяных почвах, преимущество такой способности использования альтернативного субстрата является очевидным.

В агроторфяных почвах 30-90 лет сельскохозяйственного использования при понижении уровня грунтовых вод наблюдается максимум активности дыхания и возрастает эмиссия закиси азота. Большую часть вегетационного периода доминирует процесс поглощения метана, эмиссия метана значительно возрастает лишь при существенном повышении уровня грунтовых вод в осенний период.

Установлено, что в осушенных торфяных почвах 30-90 лет сельскохозяйственного использования до 92 % потерь углерода осуществляется в виде углекислого газа. Напротив, в неосушенных торфяниках от 45 до 80 % углерода теряется в виде метана.

С увеличением сроков использования торфяных почв уменьшается интенсивность образования парниковых газов. Активность эмиссии в агроторфяных почвах срока использования 90 лет в 2 раза ниже по сравнению с агроторфяными почвами 60-ти лет использования, и в 5-6 раз ниже по сравнению с агроторфяными почвами срока использования 30 лет.

При осушении торфяных почв увеличиваются потери углерода из почв в виде CO2 и возрастает эмиссия N2O. В целях снижения минерализации торфяных почв и уменьшения эмиссии парниковых газов на мелиорируемых низинных торфяниках не рекомендуется понижение уровня грунтовых вод ниже 1,5 м и ежегодное выращивание пропашных культур, которое приводит к образованию плужной подошвы - месту формирования анаэробных зон - источников метана и закиси азота. Напротив, залужение многолетними травами формирует более благоприятное и равномерное соотношение твердой фазы, воды и воздуха и приводит к снижению эмиссии этих газов из почв в атмосферу.

Литература Bodelier P.L.E., Frenzel P. Contribution of methanotrophic and nitrifying bacteria to CH4 and NH4+

oxidation in the rhizosphere of rice plants as determined by new methods of discrimination // Appl.

Environ. Microbiol. - 1999. - V.65. - P.1826-1833. Новиков В. В., Степанов А. Л. Сопряжение процессов микробного окисления метана и аммония в почвах // Микробиология. - 2002. - Т.71. - №2. - С. 272-276. Новиков В. В., Степанов А. Л., Поздняков А. И., Лебедева Е. В. Сезонная динамика эмиссии CO2, CH4, N2O и NO в торфяных почвах поймы реки Яхрома // Почвоведение. - 2004. - Т. 37. - №7. - С. 867-874. Кравченко И. К. Ингибирующее действие аммония на активность метанотрофного микробного сообщества верхового болота// Микробиология. - 1999. - Т.68. - С. 241-246.

MICROBIAL TRANSFORMATION OF METHANE, CARBON DIOXIDE

AND NITROUS OXIDE IN CULTIVATED PEAT SOILS

V. V. Novikov, A. L. Stepanov, A. I. Pozdnyakov

Greenhouse gases (СИФ CO2 and N2O) fluxes and consumption were studied in peat soils of the Yakhroma River Floodplain. Comparative appraisal of microbial processes was carried out in peat soils of different cultivation period. The ability of nitrifying bacteria Nitrosolobus multiformis and Nitrosospira sp. to oxidize methane was shown.

УДК 556.565

<< | >>
Источник: Л. И. Инишева. Болота и биосфера : материалы VII Всероссийской с международным участием научной школы. 2010

Еще по теме МИКРОБНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ МЕТАНА, ДИОКСИДА УГЛЕРОДАИ ЗАКИСИ АЗОТА В ОКУЛЬТУРЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ В. В. Новиков, А. Л. Степанов, А. И. Поздняков:

  1. АНАЛИЗ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ МЕТОДОМ FISH Е. В. Менько, И. К. Кравченко
  2. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ АЗОТА И УГЛЕРОДАВ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХБОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
  3. Глава VIII БИОГЕОХИМИЯ АЗОТА В ПОЧВАХИ ЛАНДШАФТАХ СУШИ
  4. Часть К. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И АЗОТА В ПОЧВАХ
  5. Гумус и азот окультуренных почв
  6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЗОТА, ФОСФОРА И КАЛИЯ В ПИТАНИИ РАСТЕНИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИМИ НИТРАТНЫХ И АММОНИЙНЫХ ФОРМ АЗОТА [22]
  7. ВЛИЯНИЕ АЗОТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОКИСЛЕНИЕ МЕТАНА ВВЕРХОВОМ БОЛОТЕ, ТВЕРСКАЯ ОБЛАСТЬ
  8. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭМИССИИ МЕТАНА ИЗБОЛОТ В АТМОСФЕРУ
  9. ОЦЕНКА ПЕРЕНОСА МЕТАНА ИЗ ПОЧВЫ В АТМОСФЕРУБОЛОТНЫМИ РАСТЕНИЯМИ
  10. Глава 5. ТРАНСФОРМАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ В ПОЧВЕ