ОЦЕНКА ВКЛАДА КОРНЕВОГО УГЛЕРОДНОГО ПИТАНИЯ В ФОРМИРОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ В МОДЕЛЬНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ
DOI 10.12737/2073046220248894 УДК 58.084
Ключевые слова:
корневое углеродное питание растений, углекислый газ, баланс СОАннотация
Изучение механизмов трансформации диоксида углерода в агроэкосистемах с позиции представлений о поглощении СО2 исключительно хлорофиллсодержащими частями вегетирующих растений не позволяет объективно оценивать экосистемную роль каждого компонента. Для оценки вклада корневого углеродного питания в формирование биомассы растений был заложен модельный эксперимент с использованием авторской установки, позволяющей изолировать корневую и листовую части растения друг от друга и регистрировать значения СО2 для расчета его баланса. В качестве экспериментального растения использовался саженец павловнии Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud., 1841) с известной начальной массой, вегетирующий в условиях 12-часового светового режима. Вклад корневого углеродного питания в формирование биомассы рассчитывался по разнице С-СО2 в атмосфере листовой камеры и содержании элементарного углерода в растении в конце опыта. Содержание углерода в частях растений определялось на анализаторе углерода MultiEA 2000CS при температуре 1100 °С. В результате 30-ти суток наблюдений было установлено, что масса С-СО2, находившегося на всем протяжении эксперимента (6960 ppm) в атмосфере листовой камеры объемом 0,06 м³, соответствовала 210 мг углерода. В то же время, содержание углерода в приращенной массе саженца (690 мг) в абсолютно сухой форме содержалось 274,9 мг элементарного углерода, что свидетельствует о наличии иного альтернативного источника поступления углерода. По мнению авторов, 64,9 мг элементарного углерода (23,6% от общей массы), принявшего участие в формирование приращенной биомассы экспериментального растения, поступило через корневую систему. Полученные результаты позволяют дать объяснение случаям, когда лесные массивы могут формировать баланс, смещенный в сторону потока СО2. Представление о механизме корневого углеродного питания растений и его потенциале позволяет более точно создавать модели трансформации СО2 в почвенно-растительных системах.
Литература
1. Алиева С. С., Аббасова С. М., Сулейманова Е. Дж. Исследование влияния экосистемного потока СО2 в растительных полях на массу выращенной биомассы в аквамодели FAO // Вестник КрасГАУ. 2018. №2. С. 247252.
2. Тимохина А. В., Прокушкин А. С., Панов А. В. Суточная и сезонная динамика концентрации СО2 и СН4 в атмосфере над экосистемами Западной Сибири (Приенисейская часть) // Вестник КрасГАУ. №12, 2014. С. 8388.
3. Динамика потоков СО2 с поверхности почвы в сосновых древостоях Средней Сибири / А. В. Махныкина, А. С. Прокушкин, Е. А. Ваганов и др. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2016. Т. 9. № 3. С. 338357. DOI: 10.17516/199713892016 338357.
4. Full Carbon Account for Russia / S. A. Nilsson, A. Z. Shvidenko, V. S. Stolbovoi, et al. // Interim report. IIASA. 2000. 181 p.
5. Наумов А. В. Дыхание почвы: составляющие, экологические функции, географические закономерности. Новосибирск: Издательство Сибирского отделения РАН. 2009. 208 с.
6. Estimation of soil respiration using automated chamber systems in an oak (Quercus mongolica) forest at the Nam San site in Seoul, Korea / S. J. Joo, S. U. Park, M. S. Park, et al. // Science of The Total Environment. 2012. Vol. 416. P. 400409. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2011.11.025.
7. Альтудов Ю. К., Дударов З. И., Занилов А. Х. Система учета баланса СО2 в цикле почварастение атмосфера» // Известия КБНЦ РАН. 2023. №6 (116). С. 1320. DOI: 10.35330/199166392023 1161320.
8. Занилов А. Х., Дударов З. И., Бахов М. Т. Установка для определения интенсивности листового и корневого углеродного питания растений. Патент на промышленный образец RU 142218 от 03.06.2024 г.
9. Смашевский Н. Д. Экология фотосинтеза // Астраханский вестник экологического образования. 2014. № 2 (28). С. 165180.
10. Кобак К. И. Биотические компоненты углеродного цикла. Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 248 с.
11. Глаголев М. В., Сабреков А. Ф. Ответ А. В. Смагину: II. Углеродный баланс России // ДОСиГИК. 2014. Т. 5. № 2 (10). С. 5070.
12. Cramer M. D., Lewis O. A., Lips S. H. Inorganic carbon fixation and metabolism in maize roots as affected by nitrate and ammonium nutrition // Physiologia Plantarum. 1993. Vol. 89(3), P.632639. DOI:10.1111/j.1399 3054.1993.tb05226.x.
13. Root Carbon Dioxide Fixation by PhosphorusDeficient Lupinus albus (Contribution to Organic Acid Exudation by Proteoid Roots) / J. F. Johnson, D. L. Allan, C. P. Vance, et al. // Plant Physiology. 1996. Vol. 112(1). P.1930. DOI: 10.1104/pp.112.1.19.
14. Wingate L. Weighty issues in respiratory metabolism: intriguing carbon isotope signals from roots and leaves // New Phytologist. 2008. Vol. 177(2). P. 285287. DOI: 10.1111/j.14698137.2007.02336.x.
15. Курсанов А. Л., Крюкова Я. Я., Варапетян Б. Б. Движение по растению углекислоты, поступающей через корни // Доклады АН СССР. 1952. Т. 85. № 4. С. 913 916.
16. Zelawski W., Riech F. P., Stanley R. G. Assimilation and release of internal carbon dioxide by woody plant shoots // Canadian Journal of Botany. 2011. Vol. 48(7). P.13511354. DOI:10.1139/b70204
17. Arteca R. N., Poovaiah B. W., Smith O. E. Changes in Carbon Fixation, Tuberization, and Growth Induced by CO2 Applications to the Root Zone of Potato Plants // Science. 1979. Vol. 205(4412). P.12791280. DOI:10.1126/science.205.4412.1279.
18. Покровский С. Г. Корневое углеродное питание растений как возможный источник ошибок радиоуглеродного датирования // Актуальные проблемы современной науки. 2006. № 6. С. 214217.
19. Адаев Н. Л. Занилов А. Х., Амаева А. Г. Проведение расчетов оптимальных значений корневого углеродного питания огурцов и томатов // Сборник материалов Всероссийской научнопрактической конференции студентов и аспирантов. 2022. С. 814.
20. Методы исследования потоков газов и состава почвенного воздуха в полевых условиях с использованием портативного газоанализатора ПГА7 / А. В. Смагин, М. В. Глаголев, Г. Г. Суворов и др. // Вестник МГУ, сер. Почвоведение. 2003. №3. С. 2936.
21. Суточная динамика эмиссии СО2 с поверхности почвы ельника черничного. Информационный ресурс: https://ib.komisc.ru/add/old/t/ru/ir/vt/0257/07.html. Дата обращения 12 августа 2024 г.
22. Шелякин М. Н. Функциональные характеристики листьев растений Hylotelephium triphyllum (Haw.) при разной освещенности // Известия Самарского НЦ РАН. 2012. Т. 14. № 1(9). С. 23132315.
23. The influence of elevated CO2 and soil depth on rhizosphere activity and nutrient availability in a mature Eucalyptus woodland / J. Pihlblad, L. C. Andresen, C. A. Macdonald, et al. // Biogeosciences. 2023. Vol. 20. P. 505521, https://doi.org/10.5194/bg205052023
1. Alieva SS, Abbasova SM, Suleymanova EDzh. [Investigation of the effect of ecosystem CO2 flux in plant fields on the mass of grown biomass in the FAO aquamodel]. Vestnik KrasGAU. 2018; 2. 247252 p.
2. Timokhina AV, Prokushkin AS, Panov AV. [Daily and seasonal dynamics of CO2 and CH4 concentration in the atmosphere over the ecosystems of Western Siberia (Enisey part)]. Vestnik KrasGAU. 2014; 12. 8388 p.
3. Makhnykina AV, Prokushkin AS, Vaganov EA. [Dynamics of CO2 fluxes from the soil surface in pine stands of Central Siberia]. Zhurnal Sibirskogo federalnogo universiteta. Seriya: Biologiya. 2016; Vol.9. 3. 338357 p. DOI: 10.17516/199713892016 338357.
4. Nilsson SA, Shvidenko AZ, Stolbovoi VS. Full carbon account for Russia. Interim report. IIASA. 2000; 181 p.
5. Naumov AV. Dykhanie pochvy: sostavlyayushchie, ekologicheskie funktsii, geograficheskie zakonomernosti. [Soil respiration: components, ecological functions, geographical patterns]. Novosibirsk: Izdatelstvo Sibirskogo otdeleniya RAN. 2009; 208 p.
6. Joo SJ, Park SU, Park MS. Estimation of soil respiration using automated chamber systems in an oak (Quercus mongolica) forest at the NamSan site in Seoul, Korea. Science of the Total Environment. 2012; Vol.416. 400409 p. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2011.11.025.
7. Altudov JuK, Dudarov ZI, Zanilov AKh. [CO2 balance accounting system in the soilplantatmosphere" cycle]. Izvestiya KBNTs RAN. 2023; 6 (116). 1320 p. DOI: 10.35330/199166392023 1161320.
8. Zanilov AKh, Dudarov ZI, Bakhov MT. [Installation for determining the intensity of leaf and root carbon nutrition of plants]. Patent na promyshlennuy obrazets RU 142218 ot 03.06.2024.
9. Smashevskiy ND. [The ecology of photosynthesis]. Astrakhanskiy vestnik ekologicheskogo obrazovaniya. 2014; 2 (28). 165180 p.
10. Kobak KI. Bioticheskie komponenty uglerodnogo tsikla. [Biotic components of the carbon cycle]. Leningrad: Gidrometeoizdat. 1988; 248 p.
11. Glagolev MV, Sabrekov AF. [Answer to A.V.Smagin: II. Russias carbon balance]. Uglerodnuy balans Rossii. DOSiGIK. 2014; Vol.5. 2 (10). 5070 p.
12. Cramer MD, Lewis OA, Lips SH. Inorganic carbon fixation and metabolism in maize roots as affected by nitrate and ammonium nutrition. Physiologia Plantarum. 1993; Vol.89(3). 632639 p. DOI:10.1111/j.13993054.1993.tb05226.x.
13. Johnson JF, Allan DL, Vance CP. Root carbon dioxide fixation by phosphorusdeficient lupinus albus (Contribution to organic acid exudation by proteoid roots). Plant Physiology. 1996; Vol.112(1). 1930 p. DOI: 10.1104/pp.112.1.19.
14. Wingate L. Weighty issues in respiratory metabolism: intriguing carbon isotope signals from roots and leaves. New Phytologist. 2008; Vol.177(2). 285287 p. DOI: 10.1111/j.14698137.2007.02336.x.
15. Kursanov AL, Kryukova YaYa, Varapetyan BB. [Movement of carbon dioxide through the roots through the plant]. Doklady AN SSSR. 1952; Vol.85. 4. 913916 p.
16. Zelawski W, Riech FP, Stanley RG. Assimilation and release of internal carbon dioxide by woody plant shoots. Canadian Journal of Botany. 2011; Vol.48(7). 13511354 p. DOI:10.1139/b70204
17. Arteca RN, Poovaiah BW, Smith OE. Changes in carbon fixation, tuberization, and growth induced by CO2 applications to the root zone of potato plants. Science. 1979; Vol.205(4412). 12791280 p. DOI:10.1126/science.205.4412.1279.
18. Pokrovskiy SG. [Root carbon nutrition of plants as a possible source of radiocarbon dating errors]. Aktualnye problemy sovremennoy nauki. 2006; 6. 214217 p.
19. Adaev NL, Zanilov AKh, Amaeva AG. [Calculation of optimal values of root carbon nutrition of cucumbers and tomatoes]. Sbornik materialov Vserossiyskoy nauchnoprakticheskoy konferentsii studentov i aspirantov. 2022; 814 p.
20. Smagin AV, Glagolev MV, Suvorov GG. [Methods for studying gas flows and soil air composition in the field using a portable PGA7 gas analyzer]. Vestnik MGU. ser. Pochvovedenie. 2003; 3. 2936 p.
21. [Daily dynamics of CO2 emission from the soil surface of a blueberry spruce forest]. [Internet]. [cited 2024, August 12]. Available from: https://ib.komisc.ru/add/old/t/ru/ir/vt/0257/07.html.
22. Shelyakin MN. [Functional characteristics of Hylotelephium triphyllum (Haw.) plant leaves under different illumination]. Izvestiya Samarskogo NTs RAN. 2012; Vol.14. 1(9). 23132315 p.
23. Pihlblad J, Andresen LC, Macdonald CA. The influence of elevated CO2 and soil depth on rhizosphere activity and nutrient availability in a mature Eucalyptus woodland. Biogeosciences. 2023; Vol.20. 505521 p. https://doi.org/10.5194/bg205052023.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 ВЕСТНИК Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
