Influence of Land Use Type on the Accumulation and Distribution of C, N, K, and P in the Soils of Different Genesis

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of different types of land use on the stocks and distribution dynamics of organic carbon (Corg ), total nitrogen (Ntot ), available potassium (K) and phosphorus (P) in a meter layer of soils of different genesis in the middle taiga subozrogne of Karelia (Eastetortn Fennoscandia) were studied in 2019–2022. Arable land, hayfields, 15–20 and 65–75 years-old natural reforestation forests on former agricultural lands, as well as control forests for 100 years or more were studied on Retisols, Podzols, Umbrisols, and Cambisols. The stocks and distribution of biogenic elements are influenced by both the type of land use and the genesis of the soil. Changes are characteristic not only of the upper horizons but also of deeper soil layers. Agricultural use results in statistically significant accumulation of stocks by biogenic elements. On average, arable lands accumulate 193,8 t/haof Corg , 16,8 t/haof Ntot , 1,96 t/haof available potassium and 2,54 t/haof available phosphorus. The stocks of biogenic elements tend toor gdecrease in foretostt ecosystems. Soils of mature forests contain on average 83,4 t/haof C , 6,0 t/haof N , 0,24 t/haof available potassium and 0,65 t/haof available phosphorus. Carbon mainly accumulates in the upper poargrt of the profilteot in the forest litter and decreases sharply with depth in the forests. Nitrogen accumulation is also observed in the upper soil layer, with its maximum occurring in arable land, hayfields and young forests. Carbon and nitrogen are typically distributed uniformly across the depth of arable land and hayfields. K and P mostly have an accumulative-eluvial-illuvial and undifferentiated type of distribution in forest ecosystems, and they mainly accumulate in the middle part of the profile in agricultural land uses.

About the authors

I. A. Dubrovina

Institute of Biology, Karelian Research Centre of RAS

Email: vorgo@mail.ru
PhD in Agricultural Sciences 185910, Petrozavodsk, ul. Pushkinskaya, 11

References

  1. Land degradation: Multiple environmental consequences and routes to neutrality / F. A. L. Pacheco, L. F. S. Fernandes, R. F. V. Junior, et al. // Current Opinion in Environmental Science & Health. 2018. Vol. 5. P. 79–86. doi: 10.1016/j.coesh.2018.07.002.
  2. Influence of different land-use types on selected soil properties related to soil fertility in A Luoi District, Thua Thien Hue, Vietnam / K. P. Nguyen, T. T. Tran, H. D. Le, et al. // Soil Ecology Letters. 2024. Vol. 6. No. 1. P. 230181. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s42832-023-0181-7 (дата обращения: 21.03.2025). doi: 10.1007/s42832-023-0181-7.
  3. Land-use changes and management impact on soil quality indicators in tropical ecosystem / E. O. Obidike-Ugwu, B. Bege, J. O. Ariwaodo, et al. // Environment, Development and Sustainability. 2025. Vol. 27. P. 3513–3527. doi: 10.1007/s10668-023-04026-x.
  4. Влияние типа землепользования на свойства почв и структуру экосистемных запасов углерода в среднетаежной подзоне Карелии / И. А. Дубровина, Е. В. Мошкина, В. А. Сидорова и др. // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1392–1406. doi: 10.31857/S0032180X21110058.
  5. Динамика свойств почв и экосистемные запасы углерода при разных типах землепользования (средняя тайга Карелии) / И. А. Дубровина, Е. В. Мошкина, А. В. Туюнен и др. // Почвоведение. 2022. № 9. С. 1112–1125. doi: 10.31857/S0032180X22090052.
  6. Почвы и пулы углерода на шунгитовых породах Южной Карелии при разных типах землепользования / И. А. Дубровина, Е. В. Мошкина, А. В. Туюнен и др. // Почвоведение. 2023. № 11. С. 1371–1384. doi: 10.31857/S0032180X23600464.
  7. Экосистемные запасы углерода при разных типах землепользования на железистометаморфических почвах Южной Карелии / И. А. Дубровина, Е. В. Мошкина, А. В. Туюнен и др. // Почвоведение. 2024. № 10. С. 1304–1316. doi: 10.31857/S0032180X24100026.
  8. Tree mineral nutrition is deteriorating in Europe / M. Jonard, A. Fürst, A. Verstraeten, et al. // Global Change Biology. 2015. Vol. 21. P. 418–430. doi: 10.1111/gcb.12657.
  9. Zörb C., Senbayram M., Peiter E. Potassium in agriculture – Status and perspectives // Journal of Plant Physiology. 2014. Vol. 171. No. 9. P. 656–669. doi: 10.1016/j.jplph.2013.08.008.
  10. Классификация и диагностика почв России / Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева и др. / Под ред. Г. В. Добровольского. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  11. Organic carbon stocks in Swedish Podzol soils in relation to soil hydrology and other site characteristics / M. T. Olsson, M. Erlandsson, L. Lundin, et al. // Silva Fennica. 2009. Vol. 43. No. 2. P. 209–222. doi: 10.14214/SF.207.
  12. Assessing the effect of arable management practices on carbon storage and fractions after 24 years in boreal conditions of Finland / A.-R. Salonen, H. Soinne, R. Creamer, et al. // Geoderma Regional. 2023. Vol. 34. P. e00678. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352009423000743 (дата обращения: 21.03.2025). doi: 10.1016/j.geodrs.2023.e00678.
  13. Hüblová L., Frouz J. Contrasting effect of coniferous and broadleaf trees on soil carbon storage during reforestation of forest soils and afforestation of agricultural and post-mining soils // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 290 (S1). P. 112567. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479721006290 (дата обращения: 21.03.2025). doi: 10.1016/j.jenvman.2021.112567.
  14. Soil physicochemical and microbial characteristics of contrasting land-use types along soil depth gradients / D. Liu, Y. Huang, S. An, et al. // Catena. 2018. Vol. 162. P. 345–353. doi: 10.1016/j.catena.2017.10.0.
  15. Twenty percent of agricultural management effects on organic carbon stocks occur in subsoils – Results of ten longterm experiments / L. E. Skadell, F. Schneider, M. I. Gocke et al. // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2023. Vol. 356. P. 108619. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880923002785 (дата обращения: 21.03.2025). doi: 10.1016/j.agee.2023.108619.
  16. Изучение показателей почвенного плодородия окультуренной дерновоподзолистой песчаной почвы на разных стадиях формирования природных экосистем / А. В. Литвинович, О. Ю. Павлова, А. В. Лаврищев и др. // Агрохимия. 2022. № 6. С. 14–27. doi: 10.31857/S0002188122060084.
  17. Arable Podzols are a substantial carbon sink under current and future climates: evidence from a long-term experiment in the Vladimir Region, Russia / I. Ilichev, V. Romanenkov, S. Lukin, et al. // Agronomy. 2021. Vol. 11. P. 90. URL: https://www.mdpi.com/2073–4395/11/1/90 (дата обращения: 21.03.2025). doi: 10.3390/agronomy11010090.
  18. GEMAS: Chemical weathering of silicate parent materials revealed by agricultural soil of Europe / P. Négrel, F. Ladenberger, C. Reimann, et al. // Chemical Geology. 2023. Vol. 639. P. 121732. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254123004321?via%3Dihub (дата обращения: 21.03.2025). doi: 10.1016/j.chemgeo.2023.121732.
  19. What can we learn from ancient fertile anthropic soil (Amazonian Dark Earths, shell mounds, Plaggen soil) for soil carbon sequestration? / J. Kern, L. Giani, W. Teixeira, et al. // Catena. 2019. Vol. 172. P. 104–112. doi: 10.1016/j.catena.2018.08.008.
  20. Азотный режим дерновоподзолистой почвы при длительном применении различных видов и сочетаний минеральных удобрений / Н. Е. Завьялова, М. Т. Васбиева, Д. Г. Шишков и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2023. № 4. С. 43–47. doi: 10.31857/S2500262723040087.
  21. Владыченский А. С., Телеснина В. М., Чалая Т. А. Влияние растительного опада на химические свойства и биологическую активность постагрогенных почв южной тайги // Вестник Московского Университета. Серия 17: Почвоведение. 2012. № 1. С. 3–10.
  22. Exchangeable cations in deep forest soils: Separating climate and chemical controls on spatial and vertical distribution and cycling / J. James, K. Littke, T. Bonassi, et al. // Geoderma. 2016. Vol. 279. P. 109–121. doi: 10.1016/j.geoderma.2016.05.022.
  23. Агрохимические показатели, содержание и запасы подвижных и необменных форм калия в профиле пахотной дерновоподзолистой почвы длительного опыта при внесении возрастающих доз NPK / Н. Е. Завьялова, М. Т. Васбиева, Д. Г. Шишков и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 5. С. 54–59. doi: 10.31857/S2500262722050106.
  24. Understanding soil phosphorus cycling for sustainable development: A review / J. Helfenstein, B. Ringeval, F. Tamburini, et al. // One Earth. 2024. Vol. 7. No. 10. P. 1727–1740. doi: 10.1016/j.oneear.2024.07.020.
  25. Global chemical weathering and associated P-release – the role of lithology, temperature and soil properties / J. Hartmann, N. Moosdorf, R. Lauerwald, et al. // Chemical Geology. 2014. Vol. 363. P. 145–163. doi: 10.1016/j.chemgeo.2013.10.025.
  26. Gérard F. Clay minerals, iron / aluminum oxides, and their contribution to phosphate sorption in soils – A myth revisited // Geoderma. 2016. Vol. 262. P. 213–226. doi: 10.1016/j.geoderma.2015.08.036.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).