КИНЕТИКА РАЗЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ТОРФОВ ВИСКУССТВЕННО АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

ЛИ. Инишева, Е.В. Белова, Т.В. Дементьева1, Б.Г. Агеев2

!СибНИИТ СО РАСХН, Томск;

2Институт оптики атмосферы СО РАН, Томск

Известна роль болот в круговороте углерода.

Целью работы было изучение динамики выделения С02 в процессе микробиологической трансформации органического вещества торфов разного ботанического состава, а следовательно, разного химического состава с целью прогноза суммарной эмиссии С02 из торфяной залежи в условиях антропогенного воздействия. При этом исходили из следующей гипотезы. Наиболее интенсивно процесс минерализации протекает в аэробных условиях. поэтому этот процесс, прежде всего, и подлежит моделированию. А использование широкого круга модельных экспериментов позволяет исследовать максимально возможное количество разновидностей торфа за короткий промежуток времени. Подход даст возможность составить прогноз потока С02 в атмосферу в целом из болот Западной Сибири.

Главной причиной, определяющей скорость распада торфов является состав органического вещества, имеющий различную биохимическую устойчивость. Микробиологами принят следующий ряд соединений по устойчивости к разложению в природных условиях: сахара lt; гемицеллюлозы lt; целлюлозы lt; лигнин. В естественных болотах преобладают анаэробные микроорганизмы. Аэробные и анаэробные микроорганизмы резко различаются между собой по своему каталитическому аппарату, термодинамике действия и направлению разрушений и превращений, совершающихся при их контактах с органическим веществом [1-3]. При смене окислительно-восстановительных условий (например, осушении) происходит резкая смена вида микробов.

Для эксперимента были отобраны 24 образца торфа из репрезентативных торфяных залежей в естественном состоянии в пределах наиболее заторфо- ванных болотных областей Западной Сибири. Использовались два метода измерения потока С02: хемосорбционный метод определения кинетики минерализации органического вещества почв [4] и метод оптико-акустической спектрометрии [5]. В последующем проведенные эксперименты по кинетике выделения С02 двумя независимыми методами доказали закономерность полученных кривых по минерализации органического вещества торфов и показали возможность использования любого из этих методов.

Исследования проводились в модельном опыте при температуре 20°С и естественной влажности. Повторность — трехкратная. Длительность опыта (16 суток) была принята исходя из следующих соображений. В торфяной залежи in situ под действием внеклеточных ферментов, выделяемых гетеротрофными организмами (прежде всего это относится к бактериям, актино- мицетам и грибам), происходит распад торфов. Метаболитическая активность этой микрофлоры определяет скорость минерализации органического вещества торфов до С02 [6,7]. Поэтому было принято, что в условиях оптимальных внешних условий (влажность, температура, свет) скорость процесса минерализации будет значительно увеличена, что позволяет провести модельный эксперимент за небольшой промежуток времени.

Результаты модельных экспериментов показали, что верховые и низинные торфа разной степени разложения и зольности (и, следовательно, разного химического состава) различаются по интенсивности минерализации.

По величине накопления С02 в процессе минерализации верховые западносибирские торфа располагаются в следующий ряд: сфагново- мочажинный gt; комплексный gt; фускум-торф gt; шейхцериево-сфагновый gt; пушицево-сфа-гновый gt; шейхцериевый gt; пушицевый.

Торфа низинного типа по величине накопления С02 располагаются в ряд: гипиовый gt; осоковый gt; осоково-гипновый gt; вахтовый gt; древесный gt; древесно-осоковый. Кумулятивное накопление С-С02 за 16 суток по видам низинного торфа составило 198-144-125-107-76-64 мг на 100 г сухого торфа. Получены зависимости скорости минерализации органического вещества, рассчитано кумулятивное накопление С02 для 24 видов торфа. В отдельных низинных торфах динамика процесса минерализации имеет вид простой экспоненциальной функции, что являет собой классический пример разложения органического вещества. В верховых и некоторых видах низинных торфов динамика носит синусоидальный характер. Высказана гипотеза, что синусоидальный вид кривой определяется сменой видов микроорганизмов и их пулом. Проведены определения видового состава микрофлоры на торфяном агаре, аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов на твердой среде Гетчинсона-Клейтона и гумусоразлагающих микроорганизмов на жидкой среде Никитина. Эксперимент подтвердил наличие таких связей, что предполагает введение в модель трансформации органического вещества торфов поправки на интенсивность микробиологических процессов, степень проявления которого определяется химическим составом торфов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№ 99-04-48487).

[1] Богопольский ГД. Адсорбция бактерий низинным, торфом// Торфяное дело. 1933. № 1. С. 21-33. [2] Звягинцев Д.Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями М. МГУ. 1973. 175 с [3] Инишева Л.И., Васильева А.Н. Микробиологические превращения азотсодержащего вещества в торфяных пойменных почвах Томской области//Тр. Всес. НИИ с.-х. микробиологии. Л., 1986. Т. 56. С.18-32. [4] Иванникова ЛЛ. Способ определения кинетики- минерализации органического вещества почвы. Патент СССР. № 1806375 от 08.04.1991. [5] Агеев Б.Г. и др. Кинетика выделения СО2 земной растительностью при стрессовых ситуациях// Оптика атмосферы и океана. 1997. Т.10. № 4-5. С.437-448. [6] Clark F.E., Paul Е.А. The microflora of grassland // Adv. Agron. 1970. 22. P. 375-435. [7] Cambell C.W. Soil organic carbon, nitrogen and fertility / Soil organic matter. N.Y.: Elsevier, 1978. P. 173- 271