Russian Federation
The results of monitoring the production of CO2 from arable soils depending on abiotic factors (air temperature, precipitation) and crop cultivation are analyzed. A comparative assessment of the fallow field and spring wheat during the growing season showed that large losses of carbon in the form of CO2 are characteristic of soils under spring wheat plants and are associated with a significant contribution to the total flow of respiration of the root system of plants during the period of intensive growth. A decrease in the emission component of CO2 was noted with a decrease in moisture availability, which is due to the inhibition of biological processes in the soil.
agrocenosis, CO2 emission, organic carbon, meadow-chernozem soil, environmental factors
Почва является крупнейшим резервуаром способным накапливать и хранить органический углерод в наземных экосистемах [1]. Ключевыми факторами, определяющими стабильность органического вещества в почвах, являются климат и землепользование [2].
Агроценозы – экосистемы с динамичным балансом органического вещества. Снижение содержания углерода в пахотных почвах при нерациональном использовании (нарушении системы севооборота, обработки почвы, дефицитва внесения удобрений и др.) превращает агроэкосистему в источник парниковых газов, в том числе и диоксида углерода, а повышение продуктивности агроценозов, естественное, или искусственное восстановление травянистой растительности способствует связыванию атмосферного СО2 в результате фотосинтеза [3-6].
Продуцирование углекислоты является одним из компонентов цикла углерода и может быть объективным индикатором интенсивности разложения органического вещества. В этой связи, исследования, посвященные изучению объемов эмиссии СО2 почвой, выявление закономерностей его продуцирования, секвестрации и депонирования являются актуальными, имеют важное теоретическое и прикладное значение.
Исследования проводили в 2019-2021 гг. на опытном полигоне лаборатории агрохимии ФГБНУ «Омского АНЦ» в южной лесостепной зоне Западной Сибири в стационарном опыте, заложенном на основе пятипольного зернопарового севооборота (1987 г. закладки). Чередование культур в севообороте: пар чистый – яровая пшеница – соя – яровая пшеница – ячмень. Севооборот развернут во времени и пространстве.
Объектом исследования являлась пахотная лугово-черноземная среднемощная среднегумусовая тяжелосуглинистая почва. Содержание в слое почвы 0-20 см подвижного фосфора и обменного калия (по Чирикову) – 105-128 и 350-420 мг/кг, соответственно, обменного Са2+ и Mg2+ (ГОСТ 26487-85) – 88 и 11 ммоль/100 г почвы, соответственно, рНводн – 6,7 (ГОСТ 26483-85).
Эмиссию СО2 определяли в режиме оперативного мониторинга с интервалом в 7 суток в период с 9.06 по 2.09 в течении трех лет, в трехкратной повторности абсорбционным методом. Содержание мортмассы – путем отмывки негумифицованного органического вещества водой на сите с диаметром ячеек 0,25 мм, общего углерода в почве – по методу Тюрина в модификации Никитина с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель.
Мониторинг эмиссии СО2 с поверхности почвы проводили в зависимости от погодных условий (температуры воздуха, количества выпавших осадков) в течение вегетации сельскохозяйственных культур. Отбор почвенных проб был выполнен на трех площадках: парующаяся (без применения удобрений); под яровой мягкой пшеницей по паровому предшественнику (без применения удобрений) и под этой же культурой (предшественник – пар) с внесением минеральных удобрений в дозе N18P42 на гектар севооборотной площади.
Результаты исследований показали, что при начальном определении (в первой декаде июня, в фазу кущения) количество диоксида углерода из почвы по вариантам опыта существенно не различалось 55,5…60,8 кг СО2/га в сутки (рис. 1). Следует отметить, что в интервале (18.06-19.07, фаза цветение), активного роста культуры, продуцирование СО2 было выше под растениями яровой пшеницы в сравнении с паровым участком. Это объясняется в первую очередь значительным вкладом в суммарный сток СО2 дыхания корневой системы растений. В последний летний месяц дифференциации по эмиссии СО2 в вариантах опыта не наблюдалось (рис. 1).
Рис. 1. Динамика эмиссии СО2 из пахотной почвы за вегетационный период (в среднем 2019-2021 гг.)
Анализ динамики эмиссии СО2 за вегетационный период в зависимости от тепло- и влагообеспеченности (рис .2) показал, что при снижении количества осадков (с 19.07 по 16.08, фаза колошения, начала налива зерна) наблюдалось плавное уменьшение эмиссионной составляющей СО2. Складывающиеся условия в этот интервал исследований, высокая температура воздуха и низкая полевая влагоемкость, обусловили торможение микробиологических процессов в почве, снизив тем самым почвенное дыхание.
Рис. 2 Метеорологические показатели за вегетацию в среднем 2019-2022 гг., по данным «Обь-Иртышского ОГМС»
Изменение запаса почвенного углерода определяется его поступлением с растительными остатками и органическими удобрениями, а также потерями при минерализации. Агроценозы по сравнению с естественными растительными формациями отличаются одновидовым составом растений и отчуждением значительной части продукции, что сказывается на количестве поступающего растительного материала в почву [7, 8]. Тем не менее, приход растительных остатков в почву способствует пополнению фонда лабильного органического вещества (ЛОВ).
В наших исследованиях почвенную секвестрацию органического углерода и депонирование его под растениями яровой мягкой пшеницы оценивали по количеству мортмассы и содержанию гумуса в почве в зависимости от применения минеральных удобрений (таблица).
Внесение минеральных удобрений под яровую пшеницу обеспечило дополнительный сбор зерна более чем 30%. В совокупности с зерновой продуктивностью формируется соответствующее количество дополнительной продукции (солома, корни и т.д.). Это и определяет приходную статью почвенного органического углерода. Запасы мортмассы в почве под растениями яровой мягкой пшеницы (фон внесения удобрения) возрастали на 11%, в сравнении с фоном без удобрений. Что дает возможность говорить о повышении секвестрации органического углерода при улучшении условий минерального питания культуры. Содержание гумуса в почве этой опытной площадки увеличилось на 0,12% в сравнении с соответствующим вариантом без удобрений. Прослеживалась положительная тенденция к депонированию органического углерода.
Таблица – Содержание гумуса и запасов мортмассы в пахотном слое почвы
(0-25 см)
|
Гумус, % |
Запасы мортмассы, т/га |
|
|
Без удобрений |
6,45 |
9,86 |
|
N18P42 |
6,57 |
10,9 |
|
НСР05 |
0,08 |
0,86 |
Таким образом, исследованиями установлено, что продуцирование диоксида углерода из лугово-черноземной почвы в большей степени зависит от типа землепользования и условий увлажнения. Применение минеральных удобрений в агроценозах обеспечивает положительную тенденцию увеличения секвестрации и депонирования органического углерода.
1. Puly i potoki ugleroda v nazemnyh ekosistemah Rossii. M.: Nauka, 2007. 315 s.
2. Semenov V.M., Kogut B.M., Pochvennoe organicheskoe veschestvo. M.: GEOS, 2015. 233 s. EDN: https://elibrary.ru/VQNCVL
3. A.A. Titlyanova, A.V. Naumov, Poteri ugleroda iz pochv Zapadnoy Sibiri pri ih sel'skohozyaystvennom ispol'zovanii // Pochvovedenie. 1995. №11. S. 13571362. EDN: https://elibrary.ru/RSAATF
4. Larionova A.A., I.N. Kurganova, V.O. Lopes de Gerenyu i dr. Emissiya dioksida ugleroda iz agroseryh pochv pri izmenenii klimata // Pochvovedenie. 2010. №2. S. 186-195. EDN: https://elibrary.ru/LOJEZB
5. Kurganova I.N., Semenov V.M., Kudeyarov V.N. Klimat i zemlepol'zovanie kak klyuchevye faktory stabil'nosti organicheskogo veschestva v pochvah //Doklady akademii nauk. 2019. t. 489. №6, s. 646-650. DOI: https://doi.org/10.31857/S0869-56524896646-650; EDN: https://elibrary.ru/LMUIKY
6. Dencs M., Horel Á., Bogunovic I., Tóth E. Effects of Environmental Drivers and Agricultural Management on Soil CO2 and N2O Emissions // Agronomy. 2021. No. 11(1). P.1-20.
7. Balabanova N.F., Voronkova N.A., Volkova V.A., Cyganova N.A. Soderzhanie labil'nogo organicheskogo veschestva v lugovo-chernozemnoy pochve pri dlitel'nom primenenii udobreniy // Zemledelie. 2020. №2. S. 7-9. DOI: https://doi.org/10.24411/0044-3913-2020-10202; EDN: https://elibrary.ru/AEYVPI
8. Sharkov I.N., Samohvalova L.M., Mishina P.V., Shepelev A.G. Vliyanie pozhnivnyh ostatkov na sostav organicheskogo veschestva chernozema vyschelochennogo v lesostepi Zapadnoy Sibiri // Pochvovedenie. 2014. №4. S.473-479. DOI: https://doi.org/10.7868/S0032180X1404008X; EDN: https://elibrary.ru/RWZSMF
