ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПОСТУПЛЕНИЕ И ЗАПАСЫ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЗЕРНОПАРОВОМ СЕВООБОРОТЕ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАУРАЛЬЯ
Аннотация
Обоснование. Органический углерод, входящий в состав гумусовых веществ, является основой плодородия пахотных почв. Интенсивность сельского хозяйства привела к увеличению использования минеральных удобрений, которые оказывают существенное влияние на процессы почвообразования. Это приводит к нарушению естественного динамического равновесия запасов органического углерода, усиливается процесс минерализации органического вещества, что приводит к увеличению эмиссии диоксида углерода. Принятая концепция «4 промилле» призывает мировое общество к разработке системы земледелия наплавленной на увеличение запасов органического углерода пахотными почвами. Исходя из этого, изучение влияния различных элементов системы земледелия, на поступление и закрепление органического углерода пахотными почвами, можно отнести к одной из задач современной аграрной науки.
Цель работы изучить влияние минеральных удобрений на поступление растительных остатков и запасы органического углерода в зернопаровом севообороте в условиях лесостепной зоны Зауралья.
Новизна работы заключается в том, что впервые проведены длительные стационарные исследования по влиянию минеральных удобрений на поступление и запасы органического углерода в пахотных почвах. В последующем имеется возможность теоретически обосновать необходимые дозы минеральных удобрений для получения положительного баланса органического углерода в пахотных почвах Западной Сибири.
Материалы и методы. Исследование проводили в зернопаровом севообороте (занятый пар, яровая пшеница, овес) с 1995 по 2023 года на черноземе выщелоченном, маломощном, тяжелосуглинистом. Ежегодно под яровую пшеницу и овес вносили расчетные дозы минеральных удобрений с учетом фактического содержания питательных веществ в почве для получения планируемой урожайности зерна от 3,0 до 6,0 т/га. Ежегодно на всех вариантах севооборота определяли массу соломы, пожнивных и корневых остатков, в которых определяли содержание органического углерода и устанавливали массу поступившего углерода в почву. Перед закладкой опыта в 1995 г., а также в 2005; 2015 и 2023 гг. проводили отбор проб почвы с глубины 0-10; 10-20; 20-30; 30-40; 40-60; 60-80; 80-100 см, в которых в дальнейшем определяли содержание органического углерода. Методом пересчета с учетом равновесной плотности сложения определяли запасы органического углерода в метровом слое почвы. Статистическую обработку данных проводили в программе Microsoft Excel.
Результаты. На варианте с естественным уровнем питания за 28 лет в почву поступило 117,3 т/га растительных остатков. Несмотря на это отказ от использования удобрений приводил к отрицательному балансу органического углерода в почве, где снижение запасов составило 6,7% относительно исходных значений. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 и 4,0 т/га зерна приводило к повышению поступления побочной продукции в почву на 25-48% относительно естественного уровня питания. Это обеспечило положительный баланс углерода, где повышение запасов в метровом слое почвы составило 4,2-5,1% относительно исходных значений. Внесение NP на планируемую урожайность 5,0 и 6,0 т/га зерна увеличивало поступления растительных остатков за период исследования на 69-75% относительно контроля. Несмотря на это отмечалось уменьшение запасов органического углерода в метром слое почвы на 4,7-6,4% относительно исходных значений.
Заключение. Отказ от использования минеральных удобрений при возделывании зерновых культур приводит к отрицательному балансу органического углерода, где ежегодные потери углерода достигают 0,44-0,78 т/га. Стабильное внесение удобрений для получения 3,0 и 4,0 т/га зерна обеспечивает положительный баланс углерода в почве, ежегодное повышение запасов составляет от 0,23 до 0,58 т/га. Высокие дозы удобрений для получения урожая от 5,0 до 6,0 т/га зерна приводят к отрицательному балансу углерода в почве, ежегодные потери достигаю 0,30-0,55 т/га.
Информация о спонсорстве. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-76-10005.
Скачивания
Литература
Список литературы
Абрамов Н.В. Производительность агроэкосистем и состояние плодородия почв в Западной Сибири. Тюмень.: Государственный агарный университет Северного Зауралья. 2013. 254 с.
Абрамов Н.В., Еремин Д.И. Проблемы получения максимально возможной урожайности яровой пшеницы в условиях северного Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2009. № 1(55). С. 31-34.
Амиров М. Ф. Интенсивность усвоения углерода полевыми культурами в зависимости от технологии возделывания в условиях Республики Татарстан // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16, № 3(63). С. 14-18. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-14-18
Ахтямова А.А. Роль запахиваемой соломы в стабилизации гумусового состояния пахотных чернозёмов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 3(71). С.23-24.
Бузуева А.С., Деревягин С.С., Ефимова В.И. [и др.] Особенности развития корневых систем растений различных ценозов в засушливых районах Поволжья // Аграрный научный журнал. 2022. № 3. С. 10-14. https://doi.org/10.28983/asj.y2022i3pp10-14
Еремин Д.И. Изменение качественного состава гумуса чернозема выщелоченного под действием возрастающих доз минеральных удобрений // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. № 6(229). С. 20-26.
Еремин Д.И. Изменение содержания и качества гумуса при сельскохозяйственном использовании чернозема выщелоченного лесостепной зоны Зауралья // Почвоведение. 2016. № 5. С. 584-592. https://doi.org/10.7868/S0032180X1605004X
Еремин Д.И., Ахтямова А.А. К вопросу стабилизации гумусного состояния пахотных черноземов за счет запашки соломы зерновых культур // Вестник КрасГАУ. 2017. № 4(127). С.8-24.
Еремин Д.И., Моисеева М.Н. Влияние возрастающих доз минеральных удобрений на рост и развитие овса в лесостепи Зауралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 1(87). С. 49-55.
Иванов А.Л., Столбовой В.С. Инициатива "4 промилле" - новый глобальный вызов для почв России // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2019. № 98. С. 185-202. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-185-202
Казак А.А., Логинов Ю.П., Еремин Д.И. Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество семян сортов пшеницы в северной лесостепи Тюменской области // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2019. № 3. С. 219-229. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2019.20.3.219-229
Кубасов И.А. Динамика накопления надземной массы пшеницы при длительном применении удобрений // Агронаука. 2023. № 4. С. 5-11. https://doi.org/10.24412/2949-2211-1-4-5-11
Медведев И.Ф., Сиренко Ф.В., Ефимова В.И., Деревягин С.С. Динамика развития корневой системы яровой пшеницы в условиях активного проявления засух и различной обеспеченности элементами питания растений // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 8. С. 6-10.
Постников П.А. Продуктивность севооборотов при использовании приемов биологизации // Аграрный вестник Урала. 2015. № 6(136). С. 20-23.
Свиридов В.И. Формирование бездефицитного баланса почвенного гумуса как необходимое условие совершенствования севооборотов в лесостепной зоне Европейской части Российской Федерации // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2020. № 5. С. 6-12.
Akhtariev R., Miller E., Miller S., Rzaeva V. Corn yield per silo depending on the elements of cultivation technology in Western Siberia // Earth and Environmental Science. 2021 Vol. 839(2) P. 022069. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/2/022069
Ankit L., Saha L., Bauddh K., Kishor V. Impacts of synthetic pesticides on soil health and non-targeted flora and fauna // Ecological and Practical Applications for Sustainable Agriculture. 2020. P. 65-88. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3372-3_4
Chimitdorzhieva G.D., Chimitdorzhieva E.O., Milkheev E.Y. [et al.] Soils of Cryogenic Landforms in the South of the Vitim Plateau: Distribution and Role in the Allocation of Soil Carbon Pools // Eurasian Soil Science. 2019. Vol. 9. P. 1019-1027. https://doi.org/10.1134/S1064229319090023
Demin E., Barabanshchikova L. Mineral fertilizers influence on the dynamics of nitrogen, phosphorus and potassium in corn area grown in the forest-steppe zone of Trans-Urals // Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 839. P. 22080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/2/022080
Eremin D.I., Demin E.A. The nature of organic carbon and total nitrogen distribution in the fractions of leached chernozem aggregates and gray soil in Western Siberia // Earth and Environmental Sciencethis link is disabled. 2022. Vol. 1043(1). P. 012016. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1043/1/012016
Eremin D. I. Changes in the content and quality of humus in leached chernozems of the Trans-Ural forest-steppe zone under the impact of their agricultural use // Eurasian Soil Science. 2016. Vol. 5. P. 538-545. doi.org/10.1134/S1064229316050033
Eremina D., Eremin D. Fertility of agrogenic and postagrogenic chernozems of Western Siberia IOP Conference Series: Earth and Environmental Science // International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry. 2019. Vol. 403. P. 012173. https://doi.org/10.1088/1755-1315/403/1/012173
Feliciano D., Hunter C., Slee B., Smith P. Selecting land-based mitigation practices to reduce GHG emissions from the rural land use sector // North East Scotland Journal of Environmental Management. 2013. Vol. 120. P. 93-104. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.02.010
Kätterer T., Berglund K., Kirchmann H., Bolinder M. Strategies for carbon sequestration in agricultural soils in Northern Europe // Acta griculturae candinavica. Section: AnimalScience. 2012 Vol. 62. P. 181-198. https://doi.org/10.1080/09064702.2013.779316
Olifir Y., Habryiel A., Partyka T., Havryshko O. Carbon dioxide emission and humus status of AlbicStagnicLuvisol under different fertilization regimes // Biosystems Diversity. 2020. Vol. 28 P. 320-328. https://doi.org/10.15421/012040
Ryzhova I., Podvezennaya M. Spatial variability of the organic carbon pool in soils of forest and steppe biogeocenoses // Eurasian Soil Science. 2008. Vol. 41 P. 1260-1267. https://doi.org/10.1134/S106422930812003X
Smith P Agricultural greenhouse gas mitigation potential globally, in Europe and in the UK: What have we learnt in the last 20 years? // Global Change Biology. 2012 Vol. 18. P. 35-43. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02517.x
Sosulski T., Amit K. S., Hella E. A., Bożena S., Magdalena S. Carbon Storage Potential and Carbon Dioxide Emissions from Mineral-Fertilized and Manured Soil // Applied Sciences. 2023. Vol. 7. P. 4620. https://doi.org/10.3390/app13074620
Yang T., Lupwayi N., Marc S. Anthropogenic drivers of soil microbial communities and impacts on soil biological functions in agroecosystems // Global Ecology and Conservation. 2021. Vol. 27. P. 01521. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01521
References
Abramov N.V. Proizvoditel'nost' agroekosistem i sostoyanie plodorodiya pochv v Zapadnoy Sibiri [Productivity of agroecosystems and soil fertility in Western Siberia]. Tyumen', Gosudarstvennyy agarnyy universitet Severnogo Zaural'ya, 2013. 253 p.
Abramov N.V., Eremin D.I. Problemy polucheniya maksimal'no vozmozhnoy urozhaynosti yarovoy pshenitsy v usloviyakh severnogo Zaural'ya [Problems of obtaining the maximum possible yield of spring wheat in the conditions of the northern Trans-Urals]. Agrarnyy vestnik Urala [Agrarian Bulletin of the Urals]. 2009, no. 1(55). pp. 31-34.
Amirov M.F. Intensivnost' usvoeniya ugleroda polevymi kul'turami v zavisimosti ot tekhnologii vozdelyvaniya v usloviyakh Respubliki Tatarstan [The intensity of carbon assimilation by field crops depending on cultivation technology in the conditions of the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Kazan State Agrarian University], 2021, no. 3(63). pp. 14-18. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-14-18
Akhtyamova A.A. Rol' zapakhivaemoy solomy v stabilizatsii gumusovogo sostoyaniya pakhotnykh chernozemov [The role of plowed straw in stabilizing the humus state of arable chernozems]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [News of the Orenburg State Agrarian University], 2018. no. 3(71). pp. 23-24.
Buzueva A.S., Derevyagin S.S., Efimova V.I. [i dr.] Osobennosti razvitiya kornevykh sistem rasteniy razlichnykh tsenozov v zasushlivykh rayonakh Povolzh'ya [Features of the development of root systems of plants of various cenoses in the arid regions of the Volga region]. Agrarnyy nauchnyy zhurnal [Agricultural scientific journal], 2022, no. 3, pp. 10-14. https://doi.org/10.28983/asj.y2022i3pp10-14
Eremin D.I. Izmenenie kachestvennogo sostava gumusa chernozema vyshchelochennogo pod deystviem vozrastayushchikh doz mineral'nykh udobreniy [Changes in the qualitative composition of leached chernozem humus under the influence of increasing doses of mineral fertilizers]. Sibirskiy vestnik sel'skokhozyaystvennoy nauki [Siberian Bulletin of Agricultural Science], 2012. no. 6(229), pp. 20-26.
Eremin D.I. Izmenenie soderzhaniya i kachestva gumusa pri sel'skokhozyaystvennom ispol'zovanii chernozema vyshchelochennogo lesostepnoy zony Zaural'ya [Changes in the content and quality of humus during the agricultural use of leached chernozem of the forest-steppe zone of the Trans-Urals]. Pochvovedenie [Soil science], 2016, no. 5, pp. 584-592. https://doi.org/10.7868/S0032180X1605004X
Eremin D.I., Akhtyamova A.A. K voprosu stabilizatsii gumusnogo sostoyaniya pakhotnykh chernozemov za schet zapashki solomy zernovykh kul'tur [On the issue of stabilizing the humus state of arable chernozems by plowing grain crops straw], Vestnik KrasGAU [Bulletin of KrasGAU], 2017, no. 4(127), pp. 8-24.
Eremin D.I., Moiseeva M.N. Vliyanie vozrastayushchikh doz mineral'nykh udobreniy na rost i razvitie ovsa v lesostepi Zaural'ya [The influence of increasing doses of mineral fertilizers on the growth and development of oats in the forest-steppe of the Trans-Ural region]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [News of the Orenburg State Agrarian University], 2021, no. 1(87), pp. 49-55.
Ivanov A.L., Stolbovoy V.S. Initsiativa "4 promille" - novyy global'nyy vyzov dlya pochv Rossii [The 4 ppm initiative is a new global challenge for Russian soils]. Byulleten' Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva [Bulletin of the Soil Institute named after. V.V. Dokuchaeva], 2019. no. 98, pp. 185-202. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-185-202
Kazak A.A., Loginov Yu.P., Eremin D.I. Vliyanie mineral'nykh udobreniy na urozhaynost' i kachestvo semyan sortov pshenitsy v severnoy lesostepi Tyumenskoy oblasti [The influence of mineral fertilizers on the yield and quality of seeds of wheat varieties in the northern forest-steppe of the Tyumen region]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka [Agricultural science of the Euro-North-East], 2019, no. 3, pp. 219-229. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2019.20.3.219-229
Kubasov I.A. Dinamika nakopleniya nadzemnoy massy pshenitsy pri dlitel'nom primenenii udobreniy [Dynamics of accumulation of above-ground mass of wheat with long-term use of fertilizers]. Agronauka [Agroscience], 2023, no. 4, pp. 5-11. https://doi.org/10.24412/2949-2211-1-4-5-11
Medvedev I.F., Sirenko F.V., Efimova V.I., Derevyagin S.S. Dinamika razvitiya kornevoy sistemy yarovoy pshenitsy v usloviyakh aktivnogo proyavleniya zasukh i razlichnoy obespechennosti elementami pitaniya rasteniy [Dynamics of development of the root system of spring wheat under conditions of active droughts and varying supply of plant nutrients]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of science and technology of the agro-industrial complex], 2013. no. 8, pp. 6-10.
Postnikov P.A. Produktivnost' sevooborotov pri ispol'zovanii priemov biologizatsii [Productivity of crop rotations using biologization techniques]. Agrarnyy vestnik Urala [Agrarian Bulletin of the Urals], 2015, no. 6(136), pp. 20-23.
Sviridov V.I. Formirovanie bezdefitsitnogo balansa pochvennogo gumusa kak neobkhodimoe uslovie sovershenstvovaniya sevooborotov v lesostepnoy zone Evropeyskoy chasti Rossiyskoy Federatsii [Formation of a deficit-free balance of soil humus as a necessary condition for improving crop rotations in the forest-steppe zone of the European part of the Russian Federation]. Vestnik Kurskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademi [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2020, no. 5, pp. 6-12.
Akhtariev R., Miller E., Miller S., Rzaeva V. Corn yield per silo depending on the elements of cultivation technology in Western Siberia. Earth and Environmental Science, 2021, no. 839(2), pp. 022069. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/2/022069
Ankit L., Saha L., Bauddh K., Kishor V. Impacts of synthetic pesticides on soil health and non-targeted flora and fauna. Ecological and Practical Applications for Sustainable Agriculture. 2020, pp. 65-88. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3372-3_4
Chimitdorzhieva G.D, Chimitdorzhieva E.O., Milkheev E.Y. [et al.] Soils of Cryogenic Landforms in the South of the Vitim Plateau: Distribution and Role in the Allocation of Soil Carbon Pools. Eurasian Soil Science, 2019, Vol. 9, pp. 1019-1027. https://doi.org/10.1134/S1064229319090023
Demin E., Barabanshchikova L. Mineral fertilizers influence on the dynamics of nitrogen, phosphorus and potassium in corn area grown in the forest-steppe zone of Trans-Urals. Earth and Environmental Science, 2021, Vol. 839, pp. 22080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/2/022080
Eremin D.I., Demin E.A. The nature of organic carbon and total nitrogen distribution in the fractions of leached chernozem aggregates and gray soil in Western Siberia. Earth and Environmental Sciencethis link is disabled, 2022, Vol. 1043(1), pp. 012016. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1043/1/012016
Eremin D.I. Changes in the content and quality of humus in leached chernozems of the Trans-Ural forest-steppe zone under the impact of their agricultural use. Eurasian Soil Science, 2016, Vol. 5, pp. 538-545. doi.org/10.1134/S1064229316050033
Eremina D., Eremin D. Fertility of agrogenic and postagrogenic chernozems of Western Siberia IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry. 2019, Vol. 403, pp. 012173. https://doi.org/10.1088/1755-1315/403/1/012173
Feliciano D., Hunter C., Slee B., Smith P. Selecting land-based mitigation practices to reduce GHG emissions from the rural land use sector. North East Scotland Journal of Environmental Management. 2013, Vol. 120, pp. 93-104. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.02.010
Kätterer T., Berglund K., Kirchmann H., Bolinder M. Strategies for carbon sequestration in agricultural soils in Northern Europe. Acta griculturae candinavica. Section: AnimalScience, 2012, Vol. 62, pp. 181-198. https://doi.org/10.1080/09064702.2013.779316
Olifir Y., Habryiel A., Partyka T., Havryshko O. Carbon dioxide emission and humus status of AlbicStagnicLuvisol under different fertilization regimes. Biosystems Diversity, 2020, Vol. 28, pp. 320-328. https://doi.org/10.15421/012040
Ryzhova I., Podvezennaya M. Spatial variability of the organic carbon pool in soils of forest and steppe biogeocenoses. Eurasian Soil Science. 2008, Vol. 41, pp. 1260-1267. https://doi.org/10.1134/S106422930812003X
Smith P. Agricultural greenhouse gas mitigation potential globally, in Europe and in the UK: What have we learnt in the last 20 years? Global Change Biology, 2012, Vol. 18. pp. 35-43. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02517.x
Sosulski T., Amit K.S., Hella E.A., Bożena S., Magdalena S. Carbon Storage Potential and Carbon Dioxide Emissions from Mineral-Fertilized and Manured Soil. Applied Sciences. 2023, Vol. 7, pp. 4620. https://doi.org/10.3390/app13074620
Yang T., Lupwayi N., Marc S. Anthropogenic drivers of soil microbial communities and impacts on soil biological functions in agroecosystems. Global Ecology and Conservation. 2021, Vol. 27, pp. 01521. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01521
Просмотров аннотации: 20 Загрузок PDF: 12
Copyright (c) 2024 Evgeniy A. Demin, Stanislav S. Miller
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
