| |
|
|
|
| |
| №2, 2020: Раздел 1. Биология |
<< Содержание номера
<< Архив
[RUS] / [ENG]Раздел 1. Биология
А.К. Квиткина, А.И. Журавлева, Д.М. Дударева, С.С. Быховец Влияние соотношения углерода к азоту (С/N) на минерализацию и трансформацию лигнина: модельный подход
Страницы: 30-40
DOI: 10.24411/1816-1863-2020-12030
АННОТАЦИЯ:
Прогнозы скорости разложения опадов, с учетом соотношения C/N, важны для моделирования биогеохимических циклов наземных экосистем и прогнозирования баланса углерода и азота в почве. Разложение гидролизного лигнина (542 сут.) изучалось в ряду C/N 6, 12, 25, 50, 150, 300. По результатам опыта разложение л игнина аппроксимировал ось суммой двух экспонент. Был выделен лабильный пул (1,8-2,6 % от Сорг) с константой минерализации k1 = 0,032-0,052 сут-1, средним временем разложения 19-31 сут., и устойчивый пул (k2 = 0,000016-0,000036 сут-1, 76-173 лет). Увеличение в ряду C/N 6, 12, 25, 50, 150, 300 оказывало противоположное воздействие на размер лабильного пула и константу его минерализации, приводило к увеличению значений констант минерализации лабильного и стабильного пула и сокращению среднего времени разложения. Наибольшие отличия параметров модели наблюдались между вариантами C/N 6 и C/N 300. C/N 6 и 12 подавляли минерализацию на ранних (до 6 сут.) и поздних (482-542 сут.) стадиях разложения лигнина. При низких соотношениях С/N (50 и меньше) наблюдали потери азота, а при высоких соотношениях С/N (150, 300) - накопление азота в микрокосме. Трансформация лигнина сопровождалась увеличением алифатичности органического вещества.
УДК 57.037, 631.4
ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ УГЛЕРОДА К АЗОТУ (С/N) НА МИНЕРАЛИЗАЦИЮ И ТРАНСФОРМАЦИЮ ЛИГНИНА: МОДЕЛЬНЫЙ ПОДХОД
А.К. Квиткина, к.б.н., м.н.с., Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
[email protected] , Пущино, Россия
А.И. Журавлева, м.н.с., Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
[email protected], Пущино, Россия
Д.М. Дударева, аспирант, и.о. м.н.с., Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
[email protected] , Пущино, Россия
С.С. Быховец, к.г.н., в.н.с., Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
[email protected] , Пущино, Россия
АННОТАЦИЯ:
Прогнозы скорости разложения опадов, с учётом соотношения C/N, важны для моделирования биогеохимических циклов наземных экосистем и прогнозирования баланса углерода и азота в почве. Разложение гидролизного лигнина (542 сут.) изучалось в ряду C/N 6, 12, 25, 50, 150, 300. По результатам опыта разложение лигнина аппроксимировалось суммой двух экспонент. Был выделен лабильный пул (1,8-2,6% от Сорг) с константой минерализации k1 = 0,032-0,052 сут.-1, средним временем разложения 19-31 сут., и устойчивый пул (k2 = 0,000016-0,000036 сут.-1, 76-173 лет). Увеличение в ряду C/N 6, 12, 25, 50, 150, 300 оказывало противоположное воздействие на размер лабильного пула и константу его минерализации, приводило к увеличению значений констант минерализации лабильного и стабильного пула и сокращению среднего времени разложения. Наибольшие отличия параметров модели наблюдались между вариантами C/N 6 и C/N 300. C/N 6 и 12 подавляли минерализацию на ранних (до 6 сут.) и поздних (482 – 542 сут.) стадиях разложения лигнина. При низких соотношениях С/N (50 и меньше) наблюдали потери азота, а при высоких соотношениях С/N (150, 300) - накопление азота в микрокосме. Трансформация лигнина сопровождалась увеличением алифатичности органического вещества.
Forecasts of decay decomposition rate need to take into account C/N ratio. This is important for modeling the biogeochemical cycles of terrestrial ecosystems and predicting the carbon and nitrogen stock balances in soil. The decomposition of hydrolytic lignin (542 days) is studied in the series C/N ratio 6, 12, 25, 50, 150, 300. According to the results of the experiment, the decomposition of lignin has been approximated by the sum of two exponentials. A labile pool (1.8-2.6% of Corg) with a mineralization constant k1 = 0.032-0.052 days-1, with mean residence time of 19-31 days, and a stable pool (k2 = 0.000016-0.000036 days-1, 76-173 years). An increase in the series C/N ratio 6, 12, 25, 50, 150, 300 has the opposite effect on the size of the labile pool and its mineralization constant (k1), and leeds to the increase in the mineralization constants of the labile and stable pool and the decrease in the average decomposition time. The largest differences in the model parameters are observed between the C/N ratio 6 and C/N ratio 300. C/N ratio 6 and 12 suppresses mineralization at the early (up to 6 days) and late (482 - 542 days) stages of lignin decay. Low C/N ratio (50 and less) causes nitrogen losses, and high C/N ratio (150, 300) leeds to nitrogen accumulation in the microcosm. Lignin transformation is accompanied by an increase in the alkyl organic carbon.
Ключевые слова: C/N соотношение, минерализация органического вещества, лигнин, СО2, константы разложения, компостирование
Keywords: C/N ratio, mineralization of plant residues, lignin, СО2, decay rates, composting
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 18-34-00987 мол_а), РФФИ № 20-04-00343 )
Библиографический список
1. Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах, монография. – М.: Наука. - 2007. – 380 с.
2. Ковалев И. В., Ковалева Н. О. Пул лигниновых фенолов в почвах лесных экосистем // Лесоведение. — 2016. — № 2. — С. 148 – 160.
3. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. – М.: ГЕОС. - 2015. – 233 с.
4. Knorr M., Frey S.D., Curtis P.S. Nitrogen additions and litter decomposition: a meta-analysis // Ecology. - 2005. - V. 86. - С. 3252 - 3257.
5. Ларионова, А.А. Квиткина А.К., Быховец С.С., Лопес-де-Гереню В.О., Колягин Ю.Г., Каганов В.В. Влияние азота на минерализацию и гумификацию лесных опадов в модельном эксперименте // Лесоведение. – 2017. – № 2. – С. 129 - 140.
6. Надпорожская, М.А., Чертов О.Г., Комаров А.С. Анализ динамики минерализации и гумификации органических остатков в почве // Почвоведение. – 2007. – № 2. – С. 160 – 169.
7. Пестряков, В.К., Ковш Н.В., Попов А.И., Чуков С.Н. Моделирование трансформации органических веществ в лабораторном эксперименте // Почвоведение. – 1990. – № 3. – С. 30 – 41.
8. Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность. - 1989. – 160 с.
9. Kogel-Knabner, I. The macromolecular organic composition of plant and microbial residues as inputs to soil organic matter // Soil Biology & Biochemistry. – 2002. – V. 34. –С. 139 - 162.
10. Матвиенко, А. И. Влияние азота на минерализацию углерода в почвах под лиственницей сибирской и сосной обыкновенной. - Красноярск, автореф. дис. канд. биол. наук: 03.02.08. – 2017. – 22 с.
11. Berg, B. Decomposition patterns for foliar litter: A theory for influencing factors // Soil Biol. Biochem. – 2014. – V. 78. – С. 222 – 232.
12. Hobbie S., Eddy W., Buyarski C., Adair C., Ogdahl M., Weisenhorn P. Response of decomposing litter and its microbial community to multiple forms of nitrogen enrichment // Ecological monographs. - 2012. - V. 82 (3). - P. 389 -405.
13. Bonner M. TL., Castro D., Schneider A.N., Sundström G., Hurry V., Street N.R., Näsholm T. Why does nitrogen addition to forest soils inhibit decomposition? // Soil Biology and Biochemistry. - V. 137. - 2019. - 107570
14. Квиткина, А.К., А.А. Ларионова, С.С. Быховец Влияние экзогенного и эндогенного азота на скорость минерализации растительных остатков кукурузы // Агрохимия. – 2014. – № 9. – С. 48 - 57.
15. Chen H., Dong S., Liu L., Ma C., Zhang T., Zhu X., Mo J. Effects of Experimental Nitrogen and Phosphorus Addition on Litter Decomposition in an Old-Growth Tropical Forest // PLoS One. - 2013. - V.8 (12)
16. Судакова И.Г., Кузнецов Б.Н., Гарынцева Н.В., Королькова И.В. Состав и связующие свойства лигнинов, полученных окислительной делигнификацией древесины пихты, осины и березы в среде уксусной кислоты // Химия растительного сырья – 2010 – №3. – С. 55 - 60.
The effect of the carbon to nitrogen ratio (C/N) on the mineralization and transformation of lignin: a model approach
A.K. Kvitkina, PhD (Biology), junior researcher, Institute of Physicochemical and Biological Problems of Soil Science
of the Russian Academy of Sciences,
[email protected], Pushchino, Russia
A.I. Zhuravleva, junior researcher, Institute of Physico-Chemical and Biological Problems of Soil Science, Russian Academy of Sciences, [email protected], Pushchino, Russia
D.M. Dudareva, graduate student, junior researcher, nstitute of Physico-Chemical and Biological Problems of Soil Science, Russian Academy of Sciences,
[email protected] Pushchino, Russia
S.S. Bykhovets, PhD (Geography), leading researcher Institute of Physicochemical and Biological Problems of Soil Science, Russian Academy of Sciences [email protected], Pushchino, Russia
References
1. Modelirovaniye dinamiki organicheskogo veshchestva v lesnykh ekosistemakh, monogr. [Modeling the dynamics of organic matter in forest ecosystems. Monograph]. - Moscow: Nauka. - 2007. - 380 p. (in Russian)
2. Kovalev I. V., Kovaleva N. O. Pul ligninovykh fenolov v pochvakh lesnykh ekosistem // Lesovedeniye. [Russian Journal of Forest Science]. - 2016. - № 2. - P. 148 – 160 (in Russian).
3. Semenov V.M., Kogut B.M. Pochvennoye organicheskoye veshchestvo, monogr. [Soil organic matter, monograph]. - Moscow: GEOS. - 2015. - 233 p. (in Russian).
4. Knorr M., Frey S.D., Curtis P.S. Nitrogen additions and litter decomposition: a meta-analysis // Ecology. - 2005. - V. 86. - P. 3252 - 3257.
5. Larionova, A.A. Kvitkina A.K., Bykhovets S.S., Lopes-de-Gerenyu V.O., Kolyagin YU.G., Kaganov V.V. Vliyaniye azota na mineralizatsiyu i gumifikatsiyu lesnykh opadov v model'nom eksperimente [The effect of nitrogen on the mineralization and humification of forest litter in a model experiment] // Lesovedeniye [Russian Journal of Forest Science]. - 2017. - № 2. - P. 129 – 140 (in Russian).
6. Nadporozhskaya, M.A., Chertov O.G., Komarov A.S. Analiz dinamiki mineralizatsii i gumifikatsii organicheskikh ostatkov v pochve [Analysis of the dynamic of mineralization and gumafication of organic waste in soils] // Pochvovedeniye [Eurasian Soil Science]. - 2007. - № 2. - P. 160 – 169 (in Russian).
7. Pestryakov, V.K., Kovsh N.V., Popov A.I., Chukov S.N. Modelirovaniye transformatsii organicheskikh veshchestv v laboratornom eksperimente [Modelling of the transformation of organics in laboratory experiment] // Pochvovedeniye. [Eurasian Soil Science]. - 1990. - № 3. - P. 30 – 41 (in Russian).
8. Khol'kin YU.I. Tekhnologiya gidroliznykh proizvodstv [Technology of hydrolisys industry]. - M.: Lesnaya promyshlennost' [Forest industry]. - 1989. – P. 453-454 (in Russian).
9. Kogel-Knabner, I. The macromolecular organic composition of plant and microbial residues as inputs to soil organic matter // Soil Biology & Biochemistry. – 2002. - V. 34. - P. 139 - 162.
10. Matvienko, A.I. Vliyanie azote na mineralizaciyu ugleroda v pochvah pod liatvennigey sibirskoy I sosnoy obyknovennoy [Effect of nitrogen on carbon mineralization in soils under Siberian larch and Scots pine]. – Krasnoyarsk, dis. of cand. biol. sc.: 03.02.08. [Thesis sinopsys for PhD in Biology]. - 2017. - 22 p. (in Russian)
11. Berg, B. Decomposition patterns for foliar litter: A theory for influencing factors // Soil Biology & Biochemistry. - 2014. - V. 78. - P. 222 – 232.
12. Hobbie S., Eddy W., Buyarski C., Adair C., Ogdahl M., Weisenhorn P. Response of decomposing litter and its microbial community to multiple forms of nitrogen enrichment // Ecological monographs. - 2012. - V. 82 (3). - P. 389 - 405.
13. Bonner M. TL., Castro D., Schneider A.N., Sundström G., Hurry V., Street N.R., Näsholm T. Why does nitrogen addition to forest soils inhibit decomposition? // Soil Biology & Biochemistry. – 2019. - V. 137. - 107570.
14. Kvitkina, A.K., A.A. Larionova, S.S. Bykhovets. Vliyaniye ekzogennogo i endogennogo azota na skorost' mineralizatsii rastitel'nykh ostatkov kukuruzy. [Influence of external and internal nitrogen on the mineralization rate of maize plant residues // Agrokhimiya [Agrochemistry]. - 2014. - 9. - P. 48 - 57 (in Russian).
15. Chen H., Dong S., Liu L., Ma C., Zhang T., Zhu X., Mo J. Effects of Experimental Nitrogen and Phosphorus Addition on Litter Decomposition in an Old-Growth Tropical Forest // PLoS One. - 2013. - V.8 (12)
16. Sudakova I.G., Kuznetsov B.N., Garyntseva N.V., Korol'kova I.V. Sostav i svyazuyushchiye svoystva ligninov, poluchennykh okislitel'noy delignifikatsiyey drevesiny pikhty, osiny i berezy v srede uksusnoy kisloty // Khimiya rastitel'nogo syr'ya. [Chemistry of Plant Raw Materials]. - 2010. - №3. - P. 55-60 (in Russian).
Прикреплённые файлы:
<< Содержание номера
<< Архив
Дата последнего обновления: 18:58:40/24.02.24
|
|
 |
| |
|
| |
|
|
|
| |
|
|
|
| |
 |
ИАА "Информ-Экология" |
|
 |
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Министерство природных ресурсов Российской Федерации |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Счётчик |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
|
