Динамика углекислого газа в почвенном профиле и его эмиссия в атмосферу

Активизация биохимических процессов разложения органического ве­щества, наблюдаемая практически во всем профиле почв на вариантах с вне­сением песка, оказывает существенное влияние на интенсивность продуци­рования углекислого газа.

Наблюдения за вегетационные периоды 1995-1996 гг. позволили обна­ружить ряд закономерностей динамики концентрации углекислого газа в торфяных почвах на фоне разных способов пескования.

В поверхностном слое (0—5 см) концентрации углекислого газа в почвах с внесенным песком близки к контролю и в среднем составили 0,3-0,5%, увеличиваясь после дождей до 1—1,5%. Ниже в пределах пахотных слоев кон­центрации и запасы углекислого газа на всех вариантах пескования возра­стают. При этом на смешанном и покровном песковании рост концентрации СО₂ с глубиной существенно выше, чем на контроле.

Отличительной особенностью почв после внесения песка является зна­чительное превышение концентрации и запасов углекислоты в подпахотных горизонтах над показаниями контроля. Величина различий и область их рас­пространения в профиле почв зависят от гидротермических условий. Наибо­лее резко они проявлялись во влажные периоды, когда значительно повы­шались запасы влаги в пахотных слоях. При этом содержание и запасы СО₂ интенсивно увеличивались на всех вариантах опыта (рис. 9.14). Так, в 1995 г. концентрация углекислоты на глубине 20—30 см на вариантах с внесением песка в 2—4 раза превышала показания на контроле. На черной культуре ее величина составляла 3—3,5, на смешанном песковании — 10—12, на покров­ном — 6—9%. Вниз по профилю различия с контролем увеличивались. На глубине 80 см концентрация углекислоты достигала на покровной культуре 18—14, на песковании — 12—14, на контроле — 5—7%.

В среднем за исследованный период 1995 г. общие запасы углекислоты в профиле на контроле составили 102, на песковании — 231, на покровной куль­туре — 274 кг/га. Таким образом, полученные данные позволяют признать, что после внесения песка в торфяных почвах происходит увеличение продуци­рования углекислого газа.

Повышение влажности подпахотных горизонтов в результате высокого положения уровня грунтовых вод уменьшало запасы и концентрации угле­кислоты в исследованных почвах. Это явление наблюдалось в июне 1996 г. В этот период на всех вариантах опыта зона с влажностью более 0,9 ПВ нахо­дилась на 20—25 см выше, чем в предыдущем году, а прогревание профиля уменьшилось. В результате произошло снижение биологической активнос­ти, запасы СО₂ (кг/га) во всем профиле и в слое 30—80 см уменьшились по сравнению с предыдущим годом на черной культуре в 1,4—1,7 раз, на сме­шанном песковании — в 2—3 раза, на покровном песковании — в 2,5—3,5 раза.

В засушливые периоды в результате увеличения воздухоносной пористо­сти и газообмена концентрации и запасы углекислоты в исследованных по­чвах уменьшались по всему профилю. Однако обнаруженные различия по

Рис. 9.14. Влияние пескования на концентрацию СО₂ (%) в профиле осушае­мых торфяных почв.

Условные обозначения: а) черная культура (контроль); б) смешанное пескование; в) пок­ровное пескование

вариантам в основном сохранялись. Так, в июльскую засуху 1995 г. концен­трации СО₂ на вариантах с внесением песка до глубины 20 см не превышали 1—2, а в нижней части профиля 4—5%. На контроле соответствующие вели­чины составили 0,6 и 2%. В этом случае общие запасы углекислого газа за 1996 г. составили в среднем на черной культуре 48, на песковании — 64, на покровной культуре — 113 кг/га.

Одновременно была исследована эмиссия углекислого газа на трех вари­антах опыта в течение 5 лет. Установлено, что при внесении песка в торфя­ную почву усиливается интенсивность дыхания почвы и возрастает поступ­ление углерода в атмосферу (рис.

В среднем за все годы исследований потери углерода в результате эмис­сии на покровном песковании превысили 23%, на смешанном песковании — 18%. В целом максимальные величины потоков углекислого газа с поверх­ности наблюдались в июне — июле, когда гидротермические условия оказы­вались наиболее благоприятными для микробиологической деятельности. В начале и конце вегетационного периода эмиссия всегда была понижена в связи с недостаточным прогревом или (и) избыточным увлажнением. На­блюдается тенденция уменьшения величины эмиссии и в периоды длитель­ного иссушения почвы (август 1992, 1993, июль — август 1996 г.).

За исследованный период 1995 г. суммарные потери органического ве­щества торфа по объему эмиссии составили на покровном песковании 113%, на смешанном песковании — 120% от контроля. Максимальная эмиссия наблюдалась в июне — июле, что соответствует периоду наиболее интенсив-

Рис. 9.15. Потери органического вещества в результате эмиссии СО₂ с поверхности осушаемой торфяной почвы в разные годы исследований (т/га)

Условные обозначения: 1 — покровное пескова- ние; 2 — смешанное пескование; 3 — черная куль­тура (контроль)

ного прогрева. Средняя величина потока в атмосферу в июне составила на покровной культуре 4,2, на песковании — 4,5, на контроле — 3,6 кг/га в час, а потери органического вещества торфа (по объему эмиссии) — соответ­ственно 2,37, 2,55 и 2,10 т/га (рис. 9.15). Июльская засуха не оказала тормо­зящего влияния на биологическую

активность. Величина эмиссии ос­тавалась высокой до конца июля (в среднем 3,8; 4,2; 3,6 кг/га в час соответственно). В августе величи­на эмиссии на всех песчаных куль­турах земледелия уменьшилась в 1,5-2 раза.

В 1996 г. суммарные потери органического вещества торфа по объему эмиссии составили на по­кровном песковании 139, на сме­шанном песковании — 117% от контроля. Максимальные значения потока углекислого газа были за­фиксированы в июне, в среднем на покровном песковании они соста­вили 2,40, на смешанном — 2,06, на черной культуре — 1,76 кг/га в час.

На покровном песковании они со­ставили 1,7, на смешанном песко­вании — 1,4, на черной культуре —

1,2 кг/га в час.

Таким образом, результаты изу­чения различных показателей биологической активности осушенных торфя­ных почв согласно свидетельствуют о том, что внесение песка в поверхност­ные горизонты всегда сопровождаются их интенсификацией.

В отличие от распространенного представления о приуроченности этих изменений только к пахотному горизонту, нами установлена интенсификация всех параметров биологической активности во всех горизонтах почвенного профиля — от поверхности до грунтовых вод. После внесения песка суще­ственно возрастает целлюлозолитическая и протеолитическая активности, концентрация диоксида углерода во всех горизонтах почвенного профиля, возрастает общая эмиссия СО₂ в атмосферу. Эти явления, связанные с жиз­недеятельностью почвенной микробиоты, находят объяснение в установлен­ных нами в результате стационарных исследований закономерностях транс­формации гидротермического режима осушенных торфяных почв после внесения песка. Как следует из полученных данных, песчаные культуры зем­леделия способствуют оптимизации водного и температурного режимов всех горизонтов почвенного профиля. Последние, в свою очередь, оказывают благо­приятное влияние на условия жизнедеятельности и увеличение численности микробиоты. Об этом, в частности, свидетельствуют установленное сокра­щение сроков генерации микроорганизмов и увеличение роли бактериаль­ного комплекса в структуре микробного сообщества.

Все изложенное свидетельствует о том, что внесение песка в поверхност­ные слои осушенных торфяных почв не только активно влияет на их гидро­термический режим, но и активизирует жизнедеятельность почвенной мик­робиоты как в верхних, так и во всех слоях почвенного профиля от поверхности до грунтовых вод.

Изложенное позволяет предполагать, что интенсификация биологиче­ской активности торфяных почв в условиях песчаных культур земледелия должна иметь своим следствием не торможение, а, напротив, существен­ное ускорение процесса распада органического вещества по всему профилю. Однако это предположение, естественно следующее из анализа всей суммы полученных данных, нуждается в экспериментальной проверке.

9.2.4.3.