BioScience Blog – Научный Биологический блог

До недавнего времени при изучении круговорота углерода (C) и азота (N) в экосистемах умеренного и холодного климата учитывали процессы микробной трансформации их соединений только за теплое время года (бесснежный период). Считалось,

что зимой активность трансформационных процессов резко снижается, и их результатом можно пренебречь. Однако затем было замечено, что в зимнее время потоки СО2 и N2O из почвы могут быть довольно значительными. Это свидетельствует об активном протекании процессов трансформации соединений C и N в почве под покровом снега.

В связи с глобальными изменениями климата прогнозируется значительное повышение температуры воздуха в экосистемах высоких широт и высокогорий, что может привести к изменениям закономерностей формирования снежного покрова и к изменениям температурного режима почв, особенно в зимний период. В результате могут существенно измениться активности процессов трансформации соединений N и его доступность для растений и микроорганизмов, что может привести к изменению состава, структуры и закономерностей функционирования таких экосистем.

В почвах альпийского пояса Тебердинского заповедника зимой складываются два контрастных температурных режима. Под покровом снега большой мощности, типичной для многих альпийских экосистем, температура почвы в течение всей зимы составляет около 0ºC, а в случае отсутствия снега или его небольшой мощности, характерной для лишайниковой пустоши, температура может опускаться до – 5 и даже – 10ºC. Изучение влияния низких температур на процессы трансформации соединений N в почве проведено в лабораторном инкубационном эксперименте, в ходе которого образцы гумусового горизонта горно-луговых почв двух контрастных альпийских экосистем с разным температурным режимом в зимний период были инкубированы в климатической камере SANYO MIR-153 при постоянной влажности 0,6 ППВ и разных температурах. В контрольном варианте почвы инкубировали в течение 24 суток при температуре +15ºC, и определяли концентрации N-NH4+, N-NO3-, N-орг. и C-орг. в экстракте 0,05 M K2SO4 на 2, 7, 17 и 24 сутки инкубации. Кроме того, два последних компонента определяли в экстрактах из почв, фумигированных парами хлороформа. Полученные концентрации позволили рассчитать активности процессов минерализации органических соединений N, нитрификации и микробной иммобилизации C и N. N-NH4+, N-NO3 – определяли колориметрически, а органические компоненты – на анализаторе TOC-V (Shimadzu, Япония). В двух экспериментах по изучению влияния низких температур использовали ту же схему, но с 7 по 17 сутки почвы инкубировали при 0 или – 10ºC.

Результаты эксперимента показали, что на первом этапе инкубации почв (до 7 суток) при +15ºC происходит активная минерализация и иммобилизация C и N, что приводит к резкому снижению концентраций их растворимых органических соединений. К концу эксперимента иммобилизация приобретает отрицательные значения, а минерализация N несколько возрастает, очевидно, за счет минерализации N-содержащих соединений отмирающей микробной биомассы. Низкие температуры изменяют закономерности процессов трансформации соединений C и N, мобилизуя дополнительное количество элементов (вероятно, из состава органического вещества почвы), доступных для последующей микробной иммобилизации при повышении температуры. Как следствие, активности иммобилизации C и N после периода «холодной» инкубации резко возрастают, особенно при промораживании почвы при – 10ºC.