Команда агрохимиков из России, Германии и Чили подтвердила так называемую железную гипотезу колеса-оборот железа в почве, который обогащает ее органическим азотом. Результаты исследования были опубликованы в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta
Почвы тропических лесов на юге Чили богаты органическим и неорганическим азотом (N). Несмотря на обильные осадки (более 5000 мм в год), практически неорганический азот (который часто входит в группу № 3) элюируется из почвы . Одна теория, объясняющая это явление, называется гипотезой железного колеса. Согласно ему, железо в почве превращает NO 3 в NO 2, который реагирует с органическими веществами. Именно так азот переходит из неорганических соединений в органические.
Гипотеза железистого колеса была предложена в 2003 году, но с тех пор не было представлено никаких надежных экспериментальных доказательств, которые заставили бы научное сообщество усомниться в этой теории. Агрохимик РУДН вместе со своими коллегами из Чили и Германии первыми доказали свою правоту. Для этого они использовали новую технологию: автоматизированное устройство для взятия пробы неорганического азота (спин) и квадрупольный масс-спектрометр.
Команда подготовила три образца почвы—с высоким и низким содержанием железа и вообще без железа. Каждый образец помещали в масс-спектрометр и обрабатывали переменным электрическим полем. Под его воздействием из образца возникали заряженные частицы (ионы) с различными массами и зарядами. Используя траектории движения каждого Иона, команда рассчитала соотношение между его массой и зарядом и, следовательно, начальным атомным составом образца. Измерения проводились через 15 минут, 1 час, 24 часа и 5 дней после добавления железа.
Для прослеживания пути движения азота от неорганических к органическим веществам авторы обозначили атомы в № 3 с помощью изотопов азота 15 Н-атомы с одним дополнительным нейтроном в ядре по сравнению с" обычным " азотом 14 Н .эти изотопы обладают идентичными химическими свойствами, но их легко дифференцировать с помощью масс-спектрометра. Таким образом, агрохимики смогли проследить движение азота между почвенными веществами.
В течение 15 минут после добавления железа объем NO3 уменьшился на 20% в образце с низким содержанием железа и на 35% в образце с высоким содержанием железа. За это же время концентрация растворенного органического азота увеличилась с 0 мг на литр до 0,08. Через 5 дней концентрация удвоилась. Такие же процессы происходили и в образце с меньшим содержанием железа, но с меньшей скоростью. Что касается контрольного образца, не содержащего железа, то в нем не было зарегистрировано превращения No3 в органический азот.
"Наши результаты однозначно подтверждают гипотезу о переходе NO3 в растворенный органический азот . Гипотеза железистого колеса частично объясняет сохранение No3 в почвах тропических лесов. Это исследование стало возможным только благодаря наличию новой технологии, которая обеспечила точный анализ содержания железа и NO 3 в почве без каких-либо искажений", - рассказал соавтор работы, кандидат биологических наук и сотрудник РУДН Яков Кузяков.
В будущем группа планирует провести аналогичные исследования для других типов грунтов, к которым также применима гипотеза железистого колеса. Авторы подчеркивают, что эксперимент проводился в лабораторных условиях и должен быть воспроизведен в естественной экосистеме.
Участники исследования также представляли Университет Ла-Фронтера (Чили) и Геттингенский университет (Германия).
Дополнительная информация: Francisco Matus et al. Гипотеза железистого колеса: включение абиотических нитратов в растворенное органическое вещество, Geochimica et Cosmochimica Acta (2018). DOI: 10.1016 / j. gca.2018.11.020
Публикация : Geochimica et Cosmochimica Acta
Предоставлено РУДН университетом