Structural, Process-Related and Functional Pools of Organic Matter in Different Soil Types and Land Uses of the European Territory of Russia
- 作者: Semenov V.M.1,2, Lebedeva T.N.1, Semenov M.V.2, Sokolov D.A.1,2, Zinyakova N.B.1, Udal’tsov S.N.1
-
隶属关系:
- Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science
- Federal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”
- 期: 编号 11 (2025)
- 页面: 3-16
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-1881/article/view/352789
- DOI: https://doi.org/10.7868/S3034496425110011
- ID: 352789
如何引用文章
详细
Soil organic matter is considered as a system of interlinked pools. Structural (particulate organic matter (C-POM), mineral-associated organic matter (C-MAOM) and chemically inert organic matter (C-IN)) and process-related (potentially mineralizable organic matter (C-PM), microbial biomass (C-MB) and chemically oxidizable organic matter (C-OX)) pools are isolated by biophysicalchemical fractionation, and functional (active, slow, passive) pools are conceptually distinguished based on different turnover rates of the carbon contained in these pools. Agricultural use leads to the loss of organic carbon by arable soil and proportional depletion of all carbon pools compared to virgin lands. The organic fertilizer system, compared to the mineral system, promotes recarbonization of arable soil with the accumulation of carbon mainly in POM and in the slow pool of soil organic matter. The scales of low, medium and high carbon content of structural and process-related soil pools were proposed.
作者简介
V. Semenov
Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science; Federal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”
Email: v.m.semenov@mail.ru
Institutskaya ul. 2, Pushchino 142290, Russia; Pyzhevskiy per. 7, bld. 2, Moscow 119017, Russia
T. Lebedeva
Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science
Email: v.m.semenov@mail.ru
Institutskaya ul. 2, Pushchino 142290, Russia
M. Semenov
Federal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”
Email: v.m.semenov@mail.ru
Pyzhevskiy per. 7, bld. 2, Moscow 119017, Russia
D. Sokolov
Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science; Federal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”
Email: v.m.semenov@mail.ru
Institutskaya ul. 2, Pushchino 142290, Russia; Pyzhevskiy per. 7, bld. 2, Moscow 119017, Russia
N. Zinyakova
Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science
Email: v.m.semenov@mail.ru
Institutskaya ul. 2, Pushchino 142290, Russia
S. Udal’tsov
Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science
编辑信件的主要联系方式.
Email: v.m.semenov@mail.ru
Institutskaya ul. 2, Pushchino 142290, Russia
参考
- Friedlingstein P., O’Sullivan M., Jones M.W., Zeng J. Global carbon budget 2024 // Earth Syst. Sci. Data. 2025. V. 17(3). P. 965–1039. https://doi.org/10.5194/essd-17-965-2025
- Jobbágy E.G., Jackson R.B. The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation // Ecol. Appl. 2000. V. 10(2). P. 423–436.
- Scharlemann J.P.W., Tanner E.V.J., Hiederer R., Kapos V. Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool // Carbon Manag. 2014. V. 5(1). P. 81–91. doi: 10.4155/cmt.13.77
- Шарков И.Н., Данилова А.А., Прозоров А.С., Самохвалова Л.М., Бушмелева Т.И., Шепелев А.Г. Воспроизводство гумуса как составная часть системы управления плодородием почвы. Новосибирск: РАСХН, 2010. 36 с.
- Oldfield E.E., Bradford M.A., Wood S.A. Global meta-analysis of the relationship between soil organic matter and crop yields // SOIL. 2019. V. 5. № 1. P. 15–32. doi: 10.5194/soil-5-15-2019
- Ma Y., Woolf D., Fan M., Qiao L., Li R., Lehmann J. Global crop production increase by soil organic carbon // Nat. Geosci. 2023. V. 16. P. 1159–1165. doi: 10.1038/s41561-023-01302-3
- Campos-Cáliz A., Valencia E., Plaza C., Garland G., Edlinger A., Herzog C., van der Heijden M.G.A., Banerjee S., Rillig M.C., Hallin S., Saghaï A., Maestre F.T., Pescador D.S., Philippot L., Spor A., Romdhane S., García-Palaci P. The Positive effects of soil organic carbon on European cereal yields level off at 1.4% // J. Sustain. Agricult. Environ. 2024. V. 3. № e70017. doi: 10.1002/sae2.70017
- Bossio D.A., Cook-Patton S.C., Ellis P.W., Fargione J., Sanderman J., Smith P., Wood S., Zomer R.J., von Unger M., Emmer I.M., Griscom B.W. The role of soil carbon in natural climate solutions // Nat. Sustain. 2020. V. 3(5). Р. 391–398. doi: 10.1038/s41893-020-0491-z
- Amelung W., Bossio D., de Vries W., Kögel-Knabner I., Lehmann J., Amundson R., Bol R., Collins C., Lal R., Leifeld J., Minasny B., Pan G., Paustian K., Rumpel C., Sanderman J., van Groenigen J.W., Mooney S., van Wesemael B., Wander M., Chabbi A. Towards a global-scale soil climate mitigation strategy // Nat. Сommun. 2020. V. 11. № 5427. doi: 10.1038/s41467-020-18887-7
- Lal R. Soil organic matter content and crop yield // J. Soil Water Conserv. 2020. V. 75(2). P. 27A–32A. doi: 10.2489/jswc.75.2.27A
- Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Паутова Н.Б. Почвенное органическое вещество как источник эмиссии СО2 и резервуар секвестрируемого углерода // Эволюция, функционирование и экологическая роль почв как компонента биосферы. Пущино: Товарищ-во научн. изданий КМК, 2020. С. 164–181.
- Заварзина А.Г., Данченко Н.Н., Демин В.В., Артемьева З.С., Когут Б.М. Гуминовые вещества – гипотезы и реальность (обзор) // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1449–1480. doi: 10.31857/S0032180X21120169
- Холодов В.А., Рогова О.Б., Лебедева М.П., Варламов Е.Б., Волков Д.С., Зиганшина А.Р., Ярославцева Н.В. Органическое вещество и минеральная матрица почв: современные подходы, определения терминов и методы изучения (обзор) // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2023. № 117. С. 52–100. doi: 10.19047/0136-1694-2023-117-52-100
- Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. V. 528. P. 60–68. doi: 10.1038/nature16069
- Paul E.A. The nature and dynamics of soil organic matter: Plant inputs, microbial transformations, and organic matter stabilization // Soil Biol. Biochem. 2016. V. 98. P. 109–126. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2016.04.001
- Basile-Doelsch I., Balesdent J., Pellerin S. Reviews and syntheses: The mechanisms underlying carbon storage in soil // Biogeosciences. 2020. V. 17(21). P. 5223–5242. https://doi.org/10.5194/bg-17-5223-2020
- Rocci K.S., Cotrufo M.F., Ernakovich J., Foster E., Frey S., Georgiou K., Grandy A.S., Malhotra A., Reich P.B., Schlerman E.P., Wieder W.R. Bridging 20 years of soil organic matter frameworks: Empirical support, model representation, and next steps // J. Geophys. Res.: Biogeosci. 2024. V. 129. № e2023JG007964. doi: 10.1029/2023JG007964
- Kögel-Knabner I., Ekschmitt K., Flessa H., Guggenberger G., Matzner E., Marschner B., von Lützow M. An integrative approach of organic matter stabilization in temperate soils: Linking chemistry, physics, and biology // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2008. V. 171. P. 5–13. doi: 10.1002/jpln.200700215
- von Lützow M., Kögel-Knabner I., Ekschmitt K., Flessa H., Guggenberger G., Matzner E., Marschner B. SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms // Soil Biol. Biochem. 2007. V. 39. P. 2183–2207. doi: 10.1016/j.soilbio.2007.03.007
- von Lützow M., Kögel-Knabner I., Ludwig B., Matzner E., Flessa H., Ekschmitt K., Guggenberger G., Marschner B., Kalbitz K. Stabilization mechanisms of organic matter in four temperate soils: Development and application of a conceptual model // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2008. V. 171. P. 111–124. doi: 10.1002/jpln.200700047
- Рыжова И.М., Романенков В.А., Степаненко В.М. Современное развитие моделей динамики органического вещества почв (обзор) // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2024. Т. 79. № 4. С. 122–129. doi: 10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-4-122-129
- Campbell E.E., Paustian K. Current developments in soil organic matter modeling and the expansion of model applications: a review // Environ. Res. Let. 2015. V. 10(12). № 123004. doi: 10.1088/1748-9326/10/12/123004
- Abramoff R., Xu X.F., Hartman M., O’Brien S., Feng W.T., Davidson E., Finzi A.C., Moorhead D., Schimel J., Torn M., Mayes M.A. The Millennial model: in search of measurable pools and transformations for modeling soil carbon in the new century // Biogeochemistry. 2018. V. 137. P. 51–71. doi: 10.1007/s10533-017-0409-7
- Garsia A., Moinet A., Vazquez C., Creamer R.E., Moinet G.Y.K. The challenge of selecting an appropriate soil organic carbon simulation model: A comprehensive global review and validation assessment // Glob. Change Biol. 2023. V. 29(20). P. 5760–5774. doi: 10.1111/gcb.16896
- Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
- Иванов А.Л., Когут Б.М., Семенов В.М., Тюрина-Оберландер М.И., Ваксман Шанбахер Н. Развитие учения о гумусе и почвенном органическом веществе: от Тюрина и Ваксмана до наших дней // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2017. Вып. 90. С. 3–38. doi: 10.19047/0136-1694-2017-90-3-38
- Strosser E. Methods for determination of labile soil organic matter: An overview // J. Agrobiol. 2010. V. 27(2). P. 49–60. doi: 10.2478/s10146-009-0008-x
- Bajgai Y., Hulugalle N., Kristiansen P., McHenry M. Developments in fractionation and measurement of soil organic carbon: A Review // Open J. Soil Sci. 2013. V. 3(8). P. 356–360. doi: 10.4236/ojss.2013.38041
- Poeplau C., Don A., Six J., Kaiser M., Benbi D., Chenu C., Cotrufo M.F., Derrien D., Gioacchini P., Grand S., Gregorich E., Griepentrog M., Gunina A., Haddix M., Kuzyakov Y., Kühnel A., Macdonald L.M., Soong J., Trigalet S., Vermeire M.-L., Rovira P., van Wesemael B., Wiesmeier M., Yeasmin S., Yevdokimov I., Nieder R. Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils – A comprehensive method comparison // Soil Biol. Biochem. 2018. V. 125. P. 10–26. doi: 10.1016/j.soilbio.2018.06.025
- John B., Yamashita T., Ludwig B., Flessa H. Storage of organic carbon in aggregate and density fractions of silty soils under different types of land use // Geoderma. 2005. V. 128(1–2). P. 63–79. doi: 10.1016/j.geoderma.2004.12.013
- Artemyeva Z., Danchenko N., Kolyagin Y., Kirillova N., Kogut B. Chemical structure of soil organic matter and its role in aggregate formation in Haplic Chernozem under the contrasting land use variants // Catena. 2021. V. 204. № 105403. doi: 10.1016/j.catena.2021.105403
- Just C., Poeplau C., Don A., van Wesemael B., Kögel-Knabner I., Wiesmeier M.A. Simple approach to isolate slow and fast cycling organic carbon fractions in central european soils – importance of dispersion method // Front. Soil Sci. 2021. V. 1. Art. No. 692583. doi: 10.3389/fsoil.2021.692583
- Liu Y., Zhang L., Lou Y., Hu N., Li Z., Zhang H., Zhu P., Li D., Gao H., Zhang S., Lu S., Bhattacharyya R., Kuzyakov Y., Wang Y. Soil organic carbon pools under long-term mineral and organic amendments: a multisite study // Carbon Res. 2024. V. 3. № 29. doi: 10.1007/s44246-024-00121-4
- Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Соколов Д. А., Зинякова Н.Б., Лопес де Гереню В.О., Семенов М.В. Измерение почвенных пулов органического углерода, выделенных био-физико-химическими способами фракционирования // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1155–1172. doi: 10.31857/S0032180X23600427
- Лебедева Т.Н., Соколов Д.А., Семенов М.В., Зинякова Н.Б., Удальцов С.Н., Семенов В.М. Распределение органического углерода между структурными и процессными пулами в серой лесной почве разного землепользования // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2024. Вып. 118. С. 79–127. doi: 10.19047/0136-1694-2024-118-79-127
- Wiesmeier M., Schad P., von Lützow M., Poeplau C., Spörlein P., Geuß U., Hangen E., Reischl A., Schilling B., Kögel-Knabner I. Quantification of functional soil organic carbon pools for major soil units and land uses in southeast Germany (Bavaria) // Agricult. Ecosyst. Environ. 2014. V. 185. P. 208–220. doi: 10.1016/j.agee.2013.12.028
- Wani O.A., Kumar S., Hussain N., Wani A.I.A., Babu S., Alam P., Rashid M., Popescu S.M., Mansoor S. Multi-scale processes influencing global carbon storage and land-carbon-climate nexus: A critical review // Pedosphere. 2023. V. 33(2). P. 250–267. https://doi.org/10.1016/j.pedsph.2022.07.002
- Соколов Д.А., Дмитревская И.И., Паутова Н.Б., Лебедева Т.Н., Черников В.А., Семенов В.М. Исследование стабильности почвенного органического вещества методами дериватографии и длительной инкубации // Почвоведение. 2021. № 4. С. 407–419. doi: 10.31857/S0032180X21040146
- Семенов М.В., Ксенофонтова Н.А., Никитин Д.А., Тхакахова А.К., Лукин С.М. Микробиологические показатели дерново-подзолистой почвы и ее ризосферы в полувековом полевом опыте с применением разных систем удобрения // Почвоведение. 2023. № 6. С. 715–729. doi: 10.31857/S0032180X22601220
- Хитров Н.Б., Никитин Д.А., Иванова Е.А., Семенов М.В. Пространственно-временная изменчивость содержания и запасов органического вещества почвы: Аналит. обзор // Почвоведение. 2023. № 12. С. 1493–1521. doi: 10.31857/S0032180X23600841
- Зинякова Н.Б., Соколов Д.А., Лебедева Т.Н., Удальцов С.Н., Семенов В.М. Влияние многолетнего применения минеральных удобрений и навоза на агрохимические свойства серой лесной почвы, продуктивность культур и секвестрацию углерода //Агрохимия. 2024. № 4. С. 14–34. doi: 10.31857/S0002188124040033
- Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Паутова Н.Б. Дисперсное органическое вещество в необрабатываемых и пахотных почвах // Почвоведение. 2019. № 4. С. 440–450. doi: 10.1134/S0032180X19040130
- Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В. Структурно-функциональное состояние органического вещества почвы // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. М.: Наука, 2006. С. 230–247.
- Семенов В.М., Кравченко И.К., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А., Гисперт М., Пардини Дж. Экспериментальное определение активного органического вещества почвы природных и сельскохозяйственных экосистем // Почвоведение. 2006. № 3. С. 282–292.
- Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327–1333.
- Helfrich M., Flessa H., Mikutta R., Dreves A., Ludwig B. Comparison of chemical fractionation methods for isolating stable soil organic carbon pools // Eur. J. Soil Sci. 2007. V. 58. P. 1316–1329. doi: 10.1111/j.1365-2389.2007.00926.x
- Cotrufo M.F., Ranalli M.G., Haddix M.L., Six J., Lugato E. Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter // Nat. Geosci. 2019. V. 12. P. 989–994. doi: 10.1038/s41561-019-0484-6
- Islam M.R., Singh B., Dijkstra F.A. Stabilisation of soil organic matter: interactions between clay and microbes // Biogeochemistry. 2022. V. 160. P. 145–158. doi: 10.1007/s10533-022-00956-2
- Song F., Hu N., Lou Y., Zhang H., Zhu P., Li D., Gao H., Zhang S., Wang Y. Divergent chemical compositions of soil organic matter size fractions under long-term amendments across a climate gradient // Soil Till. Res. 2024. V. 242. № 106156. https://doi.org/10.1016/j.still.2024.106156
- Lugato E., Lavallee J.M., Haddix M.L., Panagos P., Cotrufo M.F. Different climate sensitivity of particulate and mineral-associated soil organic matter // Nat. Geosci. 2021. V. 14. P. 295–300. doi: 10.1038/s41561-021-00744-x
- Georgiou K., Jackson R.B., Vindušková O., Abramoff R.Z., Ahlström A., Feng W., Harden J.W., Pellegrini A.F.A., Polley H.W., Soong J.L., Riley W.J., Torn M.S. Global stocks and capacity of mineral-associated soil organic carbon // Nat. Communic. 2022. V. 13. № 3797. doi: 10.1038/s41467-022-31540-9
- Sokol N.W., Whalen E.D., Jilling A., Kallenbach C., Pett-Ridge J., Georgiou K. Global distribution, formation and fate of mineral-associated soil organic matter under a changing climate: a trait-based perspective // Funct. Ecol. 2022. V. 36. P. 1411–1429. doi: 10.1111/1365-2435.14040
- Gregorich E.G., Beare M.H., McKim U.F., Skjemstad J.O. Chemical and biological characteristics of physically uncomplexed organic matter // Soil Sci. Soc. Am. J. 2006. V. 70(3). P. 975–985. doi: 10.2136/sssaj2005.0116
- Xiao W., Feng S., Liu Z., Su Y., Zhang Y., He X. Interactions of soil particulate organic matter chemistry and microbial community composition mediating carbon mineralization in karst soils // Soil Biol. Biochem. 2017. V. 107. P. 85–93. doi: 10.1016/j.soilbio.2016.12.025
- Лебедева Т.Н., Масютенко Н.П., Семенов В.М., Когут Б.М., Зинякова Н.Б., Акименко А.С. Действие биологических способов оптимизации плодородия типичного чернозема на качество почвенного органического вещества // Агрохимия. 2018. № 7. С. 12–21. doi: 10.1134/S0002188118070086
- Guo Z., Liu J., He L., Rodrigues J.L.M., Chen N., Zuo Y., Wang N., Zhu X., Sun Y., Zhang L., Song Y., Zhang D., Yuan F., Song C., Xu X. Dominant edaphic controls on particulate organic carbon in global soils // Global Change Biol. 2024. V. 30. № e17619. doi: 10.1111/gcb.17619
- Семенов В.М., Когут Б.М., Зинякова Н.Б., Масютенко Н.П., Малюкова Л.С., Лебедева Т.Н., Тулина А.С. Биологически активное органическое вещество в почвах европейской части России // Почвоведение. 2018. № 4. С. 457–472. doi: 10.7868/S0032180X1804007X
- Чижикова Н.П., Ушаков Р.Н., Белобрагин Н.И. Влияние удобрений на минералогический состав агросерой почвы // Агрохимия. 2012. № 11. С. 3–8.
- Matocha C.J., Grove J.H., Karathanasis T.D., Vandiviere M. Changes in soil mineralogy due to nitrogen fertilization in an agroecosystem // Geoderma. 2016. V. 263. P. 176–184. doi: 10.1016/j.geoderma.2015.09.002
- Wander M. Soil Organic matter fractions and their relevance to soil function // Soil organic matter in sustainable agriculture / Eds. F. Magdoff, R.R. Weil. Boca Raton, etc: CRC Press, 2004. P. 67–102. doi: 10.1201/9780203496374
- Когут Б.М., Яшин М.А., Семенов В.М., Авдеева Т.Н., Маркина Л.Г., Лукин С.М., Тарасов С.И. Распределение трансформированного органического вещества в структурных отдельностях дерново-подзолистой супесчаной почвы // Почвоведение. 2016. № 1. С. 52–64.
- Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Зинякова Н.Б., Соколов Д.А. Размеры и соотношения пулов органического углерода в серой лесной почве при многолетнем применении минеральных и органических удобрений // Почвоведение. 2023. № 4. С. 482–501. doi: 10.31857/S0032180X22601426
- Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8. С. 918–926.
补充文件

