Россия
Проанализированы результаты мониторинга продуцирования СО2 из пахотных почв в зависимости от абиотических факторов (температуры воздуха, количества осадков) и возделывания сельскохозяйственных культур. Сравнительная оценка парового поля и яровой пшеницы в течение вегетационных периодов показала, что большие потери углерода в виде СО2 характерны для почв под растениями яровой пшеницы и связаны со значительным вкладом в суммарный сток дыхания корневой системы растений в период интенсивного роста. Отмечено уменьшение эмиссионной составляющей СО2 при снижении влагообеспеченности, что обусловлено торможением биологических процессов в почве.
агроценоз, эмиссия СО2, органический углерод, лугово-черноземная почва, экологические факторы
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. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука, 2007. 315 с.
2. Семенов В.М., Когут Б.М., Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с. EDN: https://elibrary.ru/VQNCVL
3. А.А. Титлянова, А.В. Наумов, Потери углерода из почв Западной Сибири при их сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 1995. №11. С. 13571362. EDN: https://elibrary.ru/RSAATF
4. Ларионова А.А., И.Н. Курганова, В.О. Лопес де Гереню и др. Эмиссия диоксида углерода из агросерых почв при изменении климата // Почвоведение. 2010. №2. С. 186-195. EDN: https://elibrary.ru/LOJEZB
5. Курганова И.Н., Семенов В.М., Кудеяров В.Н. Климат и землепользование как ключевые факторы стабильности органического вещества в почвах //Доклады академии наук. 2019. т. 489. №6, с. 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. Балабанова Н.Ф., Воронкова Н.А., Волкова В.А., Цыганова Н.А. Содержание лабильного органического вещества в лугово-черноземной почве при длительном применении удобрений // Земледелие. 2020. №2. С. 7-9. DOI: https://doi.org/10.24411/0044-3913-2020-10202; EDN: https://elibrary.ru/AEYVPI
8. Шарков И.Н., Самохвалова Л.М., Мишина П.В., Шепелев А.Г. Влияние пожнивных остатков на состав органического вещества чернозема выщелоченного в лесостепи Западной Сибири // Почвоведение. 2014. №4. С.473-479. DOI: https://doi.org/10.7868/S0032180X1404008X; EDN: https://elibrary.ru/RWZSMF
