土壤科學家確定廢棄耕地如何恢復

RUDN大學的土壤科學家發(fā)現，野生，耕作和廢棄土壤中有機碳的積累速率主要取決于土壤的類型和組成，并且在較小程度上取決于自從不再使用以來經過的時間耕種的。這些數據將有助于更準確地計算土壤肥力和地球上的碳總量，并預測氣候變化。研究結果發(fā)表在《Geoderma》雜志上。

地球上的碳不僅以二氧化碳CO 2的形式包含，而且以各種有機化合物的形式包含在動物，植物和土壤中。土壤中的碳含量取決于許多因素：土壤類型，氣候，細菌的物種組成和碳化合物的類型。

根據聯合國糧食計劃署(FAO)的數據，全世界有220公頃廢棄的耕地，其中四分之一在俄羅斯。了解農業(yè)和農業(yè)后土地如何積累和釋放碳，以建立其自然循環(huán)的全面而準確的圖景，至關重要。眾所周知，長期耕種可以減少土壤中的碳含量。如果停止耕作，植被將重新生長，然后是土壤碳水平。因此，重要的是要了解在不同的地理和氣候條件下，它在30多種土壤類型中如何精確發(fā)生。

RUDN大學可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)數學建模與設計中心的負責人Yakov Kuzyakov和他的同事們確切地發(fā)現了在某些農田上停止農業(yè)活動如何影響土壤中碳的積累和分解過程。

研究的對象是兩種類型的土壤。第一個是phaeozem：深色土壤，富含腐殖質和鈣，類似于黑鈣土，但具有氣候較濕地區(qū)的特征。它的樣品采集于俄羅斯歐洲部分的前落葉林地區(qū)。第二種是黑鈣質。它是在俄羅斯南部的草原上收集的。土壤科學家對這兩種類型很感興趣，因為它們合起來占該國耕地的一半以上，并且占1991年以后廢棄土地的44%。

專家們收集了每種土壤的幾種樣品：從未用于農業(yè)的土壤，可耕種的土壤，以及曾經耕種過但在不同時間點被廢棄的三到四種不同土壤的樣品。

之后，為了找到土壤中所含的碳化合物，對樣品進行了多種分析：核磁共振法，差示掃描量熱法和熱重法。氣相色譜法有助于確定土壤中CO 2釋放的速率(表明土壤中的微生物活性)。

CO 2釋放速率與土壤中殘留碳量的比值決定了碳化合物分解的抵抗力，并反映了抵抗程度。較低的二氧化碳釋放速率值表示更多的二氧化碳殘留在土壤中，這意味著二氧化碳更穩(wěn)定，反之亦然。

RUDN科學家收集的數據表明，碳從富含碳水化合物的土壤(phaeozems)更容易釋放?？梢哉f，較難融化的土壤(即黑鈣石)含有更多的芳烴，并且釋放碳的速度更慢。因此，農業(yè)使用會破壞蛇毒菌的速度更快，黑蛇毒菌更難以破壞。另一方面，碳在階石中被更快地還原。與使用中的土地相比，使用后完全恢復的土地中碳的比例增加了134%。同時，黑鈣質的增加僅為38%。隨著所有類型土壤的恢復，所有含碳化合物的質量都增加了，其中以O-烷基為首，占所有土壤碳的53%。

從農田到原始土壤和完全恢復的土壤，還觀察到由于微生物呼吸而導致的二氧化碳釋放增加。但是在農業(yè)后的Pheozems中，該指標仍比具有相同歷史的黑鈣土高2-3倍。

土壤科學家得出結論，土壤的類型是決定土壤中碳積累和分解差異的45%至88%的主要因素。同時，土地處于荒蕪狀態(tài)的年限(從5年到35年)起著次要作用，僅占總變化的7%至39%。

總體而言，黑鈣石包含更多的抗分解碳，而脂族則包含更容易分解的碳化合物。