Влияние замены химических удобрений органическими на минерализацию органического углерода и гены функционального цикла углерода в желтой почве

Почему эта почвенная история важна

Почвы незаметно помогают регулировать климат планеты, накапливая или отдавая углерод. Фермеры часто используют химические удобрения для выращивания культур, но эти добавки могут изменять поведение почвенных микробов и количество углерода, уходящего в атмосферу в виде диоксида углерода. В этом исследовании поставлен практический вопрос с глобальным значением: если мы заменим часть или все химические удобрения органическими материалами, такими как компост или навоз, в распространенной «желтой почве», сможем ли мы при этом сохранять урожай и одновременно помогать почве удерживать больше углерода?

Испытание разных способов питания почвы

Исследователи на юго‑западе Китая провели трехлетний полевой эксперимент на кислой желтой почве — распространенном, но уязвимом типе почвы, важном для регионального производства продуктов питания. Они сравнили четыре стратегии внесения удобрений: отсутствие добавок, только химические удобрения и частичная или полная замена химических удобрений органическими. После уборки урожая собрали образцы почвы и в лабораторных контролируемых условиях оценили, как быстро почвенный углерод превращается в диоксид углерода. Одновременно с этим они с помощью методов на основе ДНК определяли, какие микробные гены, связанные с углеродным циклом, присутствуют, что показало, как отреагировало невидимое почвенное сообщество.

Как изменилась «дыхательная» активность почвы

Все удобренные участки выделяли больше диоксида углерода из почвы, чем не удобренные, что показывает: добавленные питательные вещества активизировали микробную деятельность. Однако при рассмотрении доли общего почвенного углерода, потерянного в виде газа, проявилась более четкая картина. Почвы, получавшие только химические удобрения, потеряли наибольшую долю углерода в газообразном виде, тогда как участки с органическими удобрениями, особенно при полной замене, теряли меньшую долю. Проще говоря, химические удобрения заставляли почву «выдыхать» больше накопленного углерода, тогда как органические удобрения помогали почве удерживать его больше, даже несмотря на то, что общая активность всё равно была выше, чем на не удобренных участках.

Жизнь в почве и полезные гены

Анализы ДНК показали, что химические удобрения не сильно изменяли общий набор генов, отвечающих за углеродный цикл, но при этом снижали соотношение углерода к азоту и увеличивали микробное разнообразие. В таких условиях микроорганизмы, по-видимому, добывали дополнительный углерод из почвенной органики — поведение, называемое «компенсацией углерода», когда они разлагают как легко, так и труднее разлагаемые вещества, чтобы удовлетворить свои потребности. Напротив, внесение органических удобрений одновременно изменило несколько ключевых свойств почвы: слегка повысило pH, увеличило доступный фосфор и нитрат и перестроило состав наиболее распространенных микробов.

Сдвиг в сторону накопления углерода

В почвах, получавших органические удобрения, увеличилась доля генов, связанных со сборкой или фиксацией углерода, тогда как гены, ответственные за разложение сложного растительного материала, уменьшились. Например, выросла представленность генов, участвующих в улавливании углерода и использовании оксида углерода, в то время как гены, связанные с деградацией пектина и хитина, снизились. Статистические модели указывают на каскадный эффект: улучшенная химия почвы изменила микробные сообщества, которые в свою очередь сместили свой генетический набор от быстрого разложения в сторону процессов, благоприятствующих удержанию углерода. Этот эффект был наиболее выражен при полной замене химических удобрений органическими добавками.

Что это означает для сельского хозяйства и климата

Для неспециалистов вывод прост: способ удобрения влияет на то, ведет ли почва себя больше как источник углерода или как его хранилище. В этой желтой почве использование только химических удобрений стимулировало микробов быстрее разлагать органику, высвобождая большую долю накопленного углерода. Замена химических удобрений на органические материалы по‑прежнему поддерживала активную почвенную жизнь и поставку питательных веществ, но смещала подземную биологию в сторону удержания углерода в почве. Хотя реальные поля сложнее любых лабораторных тестов, результаты подтверждают идею о том, что продуманное использование органических удобрений может помочь фермерам поддерживать урожайность и одновременно давать почвам больше шансов на долгосрочное хранение углерода.

Цитирование: Yang, S., Wang, X., Duan, J. et al. Effects of replacing chemical fertilizer with organic fertilizer on organic carbon mineralization and carbon cycle functional genes in yellow soil. Sci Rep 16, 15734 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47725-x

Ключевые слова: почвенный углерод, органические удобрения, химические удобрения, почвенные микробы, улавливание углерода