Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hoạt động sinh học của đất trong hệ sinh thái tundra miền núi dưới quá trình phục hồi sau cháy
Tóm tắt
Động học của thành phần và chuyển hóa vi sinh vật của các hợp chất carbon và nitơ trong các chân trời bề mặt của đất tundra miền núi được xem xét trong quá trình kế thừa sau cháy. Hàm lượng carbon và nitơ tổng cộng cũng như dễ chuyển hóa đều tăng lên trong suốt quá trình phát triển của đất sau cháy. Đồng thời, trong các chân trời hữu cơ bề mặt, các nguồn carbon được phục hồi nhanh hơn so với các nguồn nitơ. Quá trình chuyển hóa hiếu khí của các hợp chất carbon chiếm ưu thế ở tất cả các giai đoạn của quá trình kế thừa. Độ chịu đựng của chất hữu cơ trong đất đối với quá trình khoáng hóa gia tăng khi hệ sinh thái phục hồi sau cháy. Tuy nhiên, tham số này chỉ đạt đến các giá trị đặc trưng của các loại đất kiểm soát không sớm hơn 60 năm sau cháy. Các cộng đồng vi sinh vật của podburs (Folic Podzols, Haplic Podzols) phục hồi hoạt động chức năng khá nhanh sau cháy (khoảng ba năm). Trong tương lai xa, tác động của cháy dẫn đến sự tăng cường độ sẵn có của nitơ trong đất và khả năng của đất trong việc cố định nitrogen từ không khí. Mặc dù có sự gia tăng tạm thời về độ sẵn có của nitơ khoáng (bao gồm cả nitrat) ở các giai đoạn đầu của quá trình phục hồi đất sau cháy, quá trình khử nitrat không đóng vai trò quan trọng trong chu trình sinh địa hóa của nitơ.
Từ khóa
#carbon #nitơ #đất #tundra #phục hồi sau cháy #hoạt động vi sinh vật #khoáng hóa #chu trình sinh địa hóaTài liệu tham khảo
N. D. Ananyeva, Microbiological Aspects of Self-Purification and Tolerance of Soils (Nauka, Moscow, 2003) [in Russian].
I. N. Bezkorovainaya, G. A. Ivanova, P. A. Tarasov, N. D. Sorokin, A. V. Bogorodskaya, V. A. Ivanov, S. G. Conard, and D. J. McRae, “Post-fire transformation of pine forest soils in central taiga of Krasnoyarsk region,” Sib. Ekol. Zh. 12 (1), 143–152 (2005)
E. V. Blagodatskaya, N. D. Ananyeva, and T. N. Myakshina, “Characteristics of soil microbial community by metabolic coefficient,” Pochvovedenie, No. 2, 205–210 (1995).
V. V. Bogdanov, A. S. Prokushkin, and S. G. Prokushkin, “Impact of surface fires on mobility of organic substance in larch forests of permafrost zone of Central Siberia,” Vetsn. Gos. Agrar. Univ., No. 2, 88–93 (2009).
A. V. Bogorodskaya, G. A. Ivanova, and P. A. Tarasov, “Post-fire transformation of the microbial complexes in soils of larch forests in the Lower Angara River region,” Eurasian Soil Sci. 44 (1), 49–55 (2011). doi 10.1134/S1064229310071014
A.V. Bogorodskaya, E.A. Kukavskaya, and G.A. Ivanova, “Transformation of microbial cenoses in soils oflight coniferous forests caused by cuttings and fires in the Lower Angara River basin,” Eurasian Soil Sci. 47, 194–202 (2014). doi 10.1134/S1064229314030028
A. V. Bogorodskaya and N. D. Sorokin, “Microbiological diagnostics of the status of pyrogenically changed pine forests in the Lower Angara River basin,” Eurasian Soil Sci. 39, 1136–1143 (2006).
Z. I. Gvozdev and N. P. Akent’eva, “Modern concepts on the structure and function of methane monooxygenase,” in Biochemistry and Physiology of Methylotrophs (Pushchino, 1987), pp. 33–50.
V. I. Egorov, “The nitrogen regime and biological fixation of nitrogen in moss communities (the Khibiny Mountains),” Eurasian Soil Sci. 40, 463–467 (2007).
F. R. Zaidel’man, D. I. Morozova, and A. L. Shvarov, “Changes in the properties of pyrogenic formations and vegetation on burnt previously drained peat soils of Poles’ie landscapes,” Eurasian Soil Sci. 36, 1159–1167 (2003).
D. V. Karelin and D. G. Zamolodchikov, Carbon Cycle in Permafrost Ecosystems (Nauka, Moscow, 2008) [in Russian].
L. L. Shishov, V. D. Tonkonogov, I. I. Lebedeva, and M. I. Gerasimova, Classification and Diagnostic System of Russian Soils (Oikumena, Smolensk, 2004) [in Russian].
O. M. Kolesnikov and N. S. Panikov, “Salt inhibition of methanotropic activity in sphagnum peat,” Eurasian Soil Sci. 38, 419–424 (2005).
Yu. N. Krasnoshchekov, “Impact of wild fires on properties of mountain soddy-taiga soils in larch forests of Mongolia,” Pochvovedenie, No. 9, 102–109 (1994).
G. G. Mazhitova, “Pyrogenic dynamics of permafrostaffected soils in the Kolyma Upland,” Eurasian Soil Sci. 33, 542–551 (2000).
M. I. Makarov, M. S. Shuleva, T. I. Malysheva, and O. V. Menyailo, “Solubility of the labile forms of soil carbon and nitrogen in K2SO4 of different concentrations,” Eurasian Soil Sci. 46, 369–374 (2013). doi 10.1134/S1064229313040091
M. N. Maslov, L. A. Pozdnyakov, and O. A. Maslova, “Pyrogenic transformation of tundra soils: laboratory simulation,” Moscow Univ. Soil Sci. Bull. 72, 100–105 (2017).
M. N. Maslov and M. I. Makarov, “Transformation of nitrogen compounds in the tundra soils of Northern Fennoscandia,” Eurasian Soil Sci. 49, 757–764 (2016). doi 10.1134/S1064229316070073
N. S. Mergelov, “Post-pyrogenic transformation of soils and reserves of soil carbon in forest-tundra woodlands of the Kolyma Lowland: cascade effect and feedbacks,” Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Geogr., No. 3, 129–140 (2015).
N. F. Pshenichnikova and B. F. Pshenichnikov, “Role of pyrogenic factor in the development of mountainforest soils in Amur region,” in Genesis and Biology of Soils of the Southern Far East (Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, 1994), pp. 58–61.
V. V. Startsev, A. A. Dymov, and A. S. Prokushkin, “Soils of postpyrogenic larch stands in Central Siberia: Morphology, physicochemical properties, and specificity of soil organic matter,” Eurasian Soil Sci. 50, 885–897 (2017). doi 10.1134/S1064229317080117
A. S. Tsibart and A. N. Gennadiev, “The influence of fires on the properties of forest soils in the Amur River basin (the Norskii Reserve),” Eurasian Soil Sci. 41, 686–693 (2008).
A. L. Chevychelov, “Pyrogenesis and post-pyrogenic transformations of properties and composition of permafrost soils,” Sib. Ekol. Zh., No. 3, 273–277 (2002).
T. H. Anderson and K. H. Domsch, “Rations of microbial biomass to total organic carbon in arable soils,” Soil Biol. Biochem. 21, 471–479 (1989).
T. H. Anderson and K. H. Domsch, “The metabolic quotient for CO2 (qCO2) as a specific activity parameter to assess the effects of environmental conditions, such as pH, on the microbial biomass of forest soil,” Soil Biol. Biochem. 25, 393–395 (1993).
M. S. Bret-Harte, M. C. Mack, G. R. Shaver, D. C. Huebner, M. Johnston, C. A. Mojica, C. Pizano, and J. A. Reiskind, “The response of Arctic vegetation and soils following an unusually severe tundra fire,” Philos. Trans. R. Soc., B 368, 1–15 (2013).
P. C. Brookes, A. Landman, G. Pruden, and D. S. Jenkinson, “Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen: a rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil,” Soil Biol. Biochem. 17, 837–842 (1985).
G. Certini, “Effects of fire on properties of forest soils: a review,” Oecologia 143, 1–10 (2005).
H. Dalton, S. D. Prior, D. J. Leak, and S. H. Stanley, “Regulation and control of methane monooxygenase,” Proceedings of the 4th International Symposium “Microbial Growth on C1 Compounds” (American Society for Microbiology, Washington, 1984), pp. 75–82.
O. Dilly, “Microbial energetics in soils,” in Microorganisms in Soils: Roles in Genesis and Functions (Springer-Verlag, Berlin, 2005), pp. 123–138.
K. A. Edwards, J. McCulloch, G. P. Kershaw, and R. L. Jefferies, “Soil microbial and nutrient dynamics in a wet Arctic sedge meadow in late winter and early spring,” Soil Biol. Biochem. 38, 2843–2851 (2006).
P. E. Higuera, L. B. Brubaker, P. M. Anderson, T. Brown, A. T. Kennedy, and F. S. Hu, “Frequent fires in ancient shrub tundra: implications of paleorecords for arctic environmental change,” PLoS One 3 (3), e0001744 (2008).
IPCC Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2013).
IUSS Working Group WRB, World Reference Base for Soil Resources, World Soil Resources Reports No. 103 (Food and Agriculture Organization, Rome, 2006).
Y. Jiang, A. V. Rocha, J. A. O’Donnell, J. A. Drysdale, E. B. Rastetter, G. R. Shaver, and Q. Zhuang, “Contrasting soil thermal responses to fire in Alaskan tundra and boreal forest,” J. Geophys. Res.: Earth Surf. 120, 363–378 (2015).
M. Kawahigashi, A. Prokushkin, and H. Sumida, “Effect of fire on solute release from organic horizons under larch forest in Central Siberian permafrost terrain,” Geoderma 166, 171–180 (2011).
G. M. King and S. Schnell, “Ammonium and nitrite inhibition of methane oxidation by Methylobacter albus BG8 and Methylosinus trichosporium OB3b at low methane concentrations,” Appl. Environ. Microbiol. 60, 3508–3513 (1994).
H. Knicker, “How does fire affect the nature and stability of soil organic nitrogen and carbon? A review,” Biogeochemistry 85, 91–118 (2007).
M. C. Mack, M. S. Bret-Harte, T. N. Hollingsworth, R. R. Jandt, E. A. G. Schuur, G. R. Shaver, and D. L. Verbyla, “Carbon loss from an unprecedented Arctic tundra,” Nature 475, 489–492 (2011).
M. I. Makarov, T. I. Malysheva, J. H. C. Cornelissen, R. S. P. van Logtestijn, and B. Glasser, “Consistent patterns of 15N distribution through soil profiles in diverse alpine and tundra ecosystems,” Soil Biol. Biochem. 40, 1082–1089 (2008).
D. G. Nearly, C. C. Klopatek, L. F. DeBano, and P. F. Folliott, “Fire effects on belowground sustainability: review and synthesis,” For. Ecol. Manage. 122, 51–71 (1999).
W. C. Oechel, Net Ecosystem Carbon Flux of Age-Specific Subarctic Tussock Tundra Stands Following Fire: Implications for Alaska Interagency Fire Management: Final Report to National Park Service (Boise, ID, 1999).
J. Pietikainen and H. Fritze, “Microbial biomass and activity in the humus layer following burning: shortterm effects of two different fires,” Can. J. For. Res. 23 (7), 1275–1285 (1993).
A. V. Rocha, M. M. Loranty, P. E. Higuera, M. C. Mack, F. S. Hu, B. M. Jones, A. L. Breen, E. B. Rastetter, S. J. Goetz, and G. R. Shaver, “The footprint of Alaskan tundra fires during the past half-century: implications for surface properties and radiative forcing,” Environ. Res. Lett. 7 (4), (2012).
I. K. Schmidt, S. Jonasson, G. R. Shaver, A. Michelsen, and A. Nordin, “Mineralization and distribution of nutrients in plants and microbes in four arctic ecosystems: responses to warming,” Plant Soil 242, 93–106 (2002).
S. Stark, “Nutrient cycling in the tundra,” in Nutrient Cycling in Terrestrial Ecosystems (Springer-Verlag, Berlin, 2007), Vol. 10, pp. 309–331.
E. Thiffault, K. D. Hannam, S. A. Quideau, D. Pare, N. Belanger, S. W. Oh, and A. D. Munson, “Chemical composition of forest floor and consequences for nutrient availability after wildfire and harvesting in the boreal forest,” Plant Soil 308, 37–53 (2008).
A. L. Ulery, R. C. Graham, and C. Amrhein, “Woodash composition and soil pH following intense burning,” Soil Sci. 156, 358–364 (1993).
E. D. Vance, P. C. Brookes, and D. S. Jenkinson, “An extraction method for measuring soil microbial biomass C,” Soil Biol. Biochem. 19, 703–707 (1987).
C. Wüthrich, D. Schaub, M. Weber, P. Marxer, and M. Conedera, “Soil respiration and soil microbial biomass after fire in a sweet chestnut forest in southern Switzerland,” Catena 48 (3), 201–215 (2002).