Найдены доказательства гипотезы «железного колеса»

Почвоведы из России, Германии и Чили подтвердили гипотезу «железного колеса» — круговорота железа в почве, с помощью которого она обогащается органическим азотом. Результаты исследования опубликованы в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta.

Почвы влажных тропических лесов на юге Чили богаты органическим и неорганическим азотом (N). Несмотря на большое количество осадков (более 5 000 мм в год), неорганический азот — в основном, в составе группы NO₃^- — практически не вымывается из почвы. Одна из теорий, объясняющих это явление, — гипотеза «железного колеса». Согласно ей NO₃ c помощью содержащегося в почве железа превращается в NO₂ и в таком виде соединяется с органическими веществами. Так азот переходит из неорганических в органические соединения.

Гипотеза «железного колеса» была предложена в 2003 году, но с тех пор ни один эксперимент не смог однозначно ее подтвердить. Теория считалась ошибочной, а эксперименты — недостоверными. Агрохимик РУДН совместно с коллегами из Чили и Германии впервые показал, что гипотеза правдива. Это стало возможным благодаря новой технологии: ученые использовали автоматизированный аппарат для подготовки образца неорганического азота (SPIN) и квадрупольный масс-спектрометр.

Почвоведы подготовили три образца почвы — с высоким и низким содержанием железа и вовсе без него. На помещенный в масс-спектрометр образец подавалось переменное электрическое поле. Под его воздействием из образца вылетали заряженные частицы — ионы разных масс и зарядов. По траекториям ионов рассчитывалось соотношение массы иона к его заряду, и таким образом вычислялся исходный атомный состав в образце. Замеры проводились через 15 минут после добавления железа, затем через час, через сутки и через пять суток.

Чтобы проследить путь азота из неорганических в органические соединения, авторы в буквальном смысле пометили атомы в NO₃^- с помощью изотопов азота ¹⁵N — атомов, содержащих в ядре на один нейтрон больше, чем «обычный» азот ¹⁴N. Химические свойства этих изотопов неразличимы, но масс-спектрометр легко отличает один от другого. Таким образом агрохимики смогли зафиксировать «перемещение» азота между веществами в составе почвы.

Уже через 15 минут после добавления железа количество NO₃^- сократилось на 20% в образце с низким содержанием железа и на 35% — с высоким. За то же время концентрация растворенного органического азота возросла от 0 миллиграмм на литр до 0,08, а через пять дней — еще в два раза. В образце с низким содержанием железа процесс протекает аналогично, но медленнее. В контрольном образце — без добавления железа — превращение NO₃^- в органический азот не было зафиксировано вовсе.

«Наши результаты явно подтверждают предположение о переходе NO₃^- в растворенный органический азот согласно гипотезе железного колеса. Это объясняет, по крайней мере частично, почему NO₃^- так хорошо сохраняется в почве умеренных тропических лесов. Исследование стало возможным только благодаря новой технологии, которая позволила провести чистый анализ содержания железа и NO₃^- в почве без искажения измерений», — рассказал Яков Кузяков, один из авторов исследования, доктор биологических наук, сотрудник РУДН.

В дальнейшем ученые планируют провести аналогичные исследования и для других типов почв, для которых применима гипотеза железного колеса. Авторы также подчеркивают, что эксперимент был проведен в лабораторных условиях, и его предстоит повторить в условиях естественной экосистемы.

В исследовании принимали участие ученые из Университета де ла Фронтера (Чили) и Геттингенского университета (Германия).

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.