CC BY
28
УДК 631.43
БАЛАНС УГЛЕРОДА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ ТУВЫ
Жуланова В.Н., Рылова О.В., Лопсан А.С.
Тувинский государственный университет, Кызыл
BALANCE OF CARBON IN AGROECOSYSTEMS TO FOREST-STEPPE NATURAL AND
CLIMATIC ZONE OF TUVA
Zhulanova V.N., Rilova O.V., Lopsan A.S. TuvanStateUniversity, Kyzyl
Рассмотрены продукционно-деструкционные процессы в различных агроценозах лесостепной зоны Тувы. Показано, что почвы пахотных массивов лесостепной зоны аккумулируют 1279 тыс. т углерода в пахотном слое. Определено, что аккумуляция углерода продукцией агроценозов составляет 50 тыс. т в год. В структуре пашни лесостепной природно-климатической зоны зерновые культуры являются доминирующими и в пул углерода вносят 70%. В депо углерода многолетние травы вносят 10%, картофель - 7%. В агросистемах суммарная аккумуляция углерода в блоках «растительность - продукция» и «органическое вещество почвы» за 2001-2015 гг. равна 1329 тыс. т. Рассчитано, что за период 2001-2015 гг. суммарный выход углерода составляет ежегодно в среднем 49 тыс. т на земледельческую площадь лесостепи. Баланс углерода в агроценозах лесостепной зоны региона положительный.
Ключевые слова: Тува, лесостепь, баланс углерода, чистая первичная продукция, черноземы, пашня, агроценозы, пул углерода.
Produkcionno-destrukcionnye processes are considered in different agrotsenozovs to the forest-steppe zone of Tuva. It is shown that soils of arable arrays of forest-steppe zone accumulate a 1279 thousand т carbon in an arable layer. It is certain that the accumulation of carbon the products of agrotsenozovs makes 50 thousand т in a year. In the structure of plough-land of forest-steppe natural and climatic zone grain-crops are dominant and in the pool of carbon bring in the 70% depot of carbon long-term herbares bring in 10%, potato - 7%. It is agroecosystems total accumulation of carbon in blocks "vegetation - products" and "organic substance of soil" for 2001-2015 are equal to 1329 thousand т. It is bargained that for period 2001-2015 the total exit of carbon averages annually 49 thousand т on the agricultural area of forest-steppe. Balance the positive of carbon is in agrotsenozovs of forest-steppe zone of region.
Keywords: Tuva, forest-steppe, balance of carbon, clean primary products, black earth, plough-land, agrotsenozov, pool of carbon.
В агроэкосистемах постоянно протекает обмен энергии с атмосферой и почвой. Растения агроценозов аккумулируют углерод в продукции путем связывания диоксида углерода атмосферы и перераспределяют его между морфологическими и генеративными органами. Часть углерода ежегодно с урожаем изымается человеком. Другая часть также ежегодно с пожнивными и корневыми остатками поступает в почву, формируя запасы лабильного органического вещества. Основная масса растительных остатков при их разложении минерализуется и в виде СО2 возвращается в атмосферу, оставшаяся (значительно меньшая) участвует в синтезе гумусовых веществ. Таким образом, сложная взаимозависимая цепь продукционно-
деструкционных процессов в блоках «атмосфера - растения - почва» есть круговорот углерода.
Проблемы углеродного баланса прогнозируются с изменениями климата. Страны, подписавшие Рамочную Конвенцию ООН об изменении климата, регулярно должны информировать о величинах эмиссии СО2 в естественных и агросистемах [8].
В России за 1990-2005 гг. нетто-сток углерода атмосферы составил в 22,883,3-1012 г Стод"1 или 23-88 Мт С за год. Вследствие изменения сельскохозяйственного использования земель в России в 1990-2005 гг. общее накопление углерода в верхнем слое почв оценено 241-274 Мт С (0,24-0,27-1015 г С) [6].
Баланс СО2 в системе «почва - растение - атмосфера» обусловлен интенсивностью протеканий указанных процессов. Это определяет принадлежность знака баланса для пахотных и целинных угодий рассматриваемых климатических зон и в зависимости от уровней урожайности выращиваемых сельскохозяйственных культур. В то же время это определяет альтернативные пути регулирования баланса углерода и СО2 в данной агросистеме.
Цель данной работы - изучение статьей углеродного цикла в агроценозах и почвах лесостепной ландшафтно-климатической зоне Тувы.
Материал и методы исследований. Изучение проводилось в агроценозах и агропочвах в лесостепной зоне Тувы.
Для изучения продукционно-деструкционных процессов применялись методы [1, 7]. Для расчета продукции (надземной и подземной) агроценозов использовались данные урожайности и площади возделываемой сельскохозяйственной культуры. Для этого была сделана выборка данных урожайности сельскохозяйственных культур за период 2001-2015 гг. и их площадей. Урожайность была обработана методом вариационной статистики [2, 3] и средние показатели использовались при определении чистой первичной продукции (ИРР). Аккумуляция ИРР рассчитывалась путем умножения чистой первичной продукции на занимаемую площадь конкретной культурой.
Для оценки углеродного баланса рассчитывали разность между входом углерода в агроценозы за счет образованной чистой первичной продукции и выходом углерода в результате минерализации растительных остатков и гумуса, и отчуждение части продукции с урожаем и дыханием почвы [5].
Результаты и обсуждение. В органическом веществе почвы при расчете депо углерода в среднем на 1 га, оценки в различных агроценозах лесостепной зоны отличаются. Это можно объяснить тем, что полевые культуры посеяны на разных типах почв. Так, злаковые культуры в лесостепи возделываются на черноземных почвах, которые содержат высокие запасы легкоминерализуемого органического вещества (21,31 т Ста 1) и стабильного гумуса (59,42 т Ста 1) (рис. 1) [5].
Запасы углерода в лабильном органическом веществе почвы в агроценозах одноле2них культур составляют 2,73 т Ста 1, а в агроценозах многолетних трав - 3,62 т Ста 1. Это обусловлено особенностями продукционного процесса многолетних
трав, в частности опережающим приростом корней по сравнению с приростом надземных органов.
Пар Мн. травы Одн. травы Овощи Картофель Зерновые
I Всего
20
40 60
т Ста-1
80
100
ССТАБ. ГУМУСА
СПОД
СЛОВ
0
Рис. 1. Структура запасов углерода в почвах агроценозов лесостепной зоны Тувы, т
Ста 1
В паровых полях наблюдаются незначительные запасы углерода лабильной формы легкоминерализуемого органического вещества 0,95 т С •га 1.
Основные запасы углерода в почвенном органическом веществе изученных агроценозов сосредоточены в стабильном гумусе и составляют 65-75%. Запасы углерода стабильного гумуса в почвах, например, пшеничных агроценозов лесостепной ландшафтно-природной зоны оценен в 59,42 т Ста 1.
При определении запасов углерода в почвенном блоке агроценозов использовались результаты натурных определений различных частей органического вещества в разных почвах и площади распространения типов и подтипов почв под сельскохозяйственными культурами. Подвижных гумусовых соединений легкоминерализуемого органического вещества в почвах лесостепи аккумулировано 295 тыс. т С. В подвижных гумусовых веществах преобладают щелочерастворимые гумусовые соединения. При чем, содержание запасов углерода под разными культурами определяется площадью возделывания каждой культуры.
Запасы органического вещества прочно связанного с минеральной частью почвы за период 2001-2015 гг. в лесостепной зоне составляют 943 тыс. т С.
В период 2001-2015 гг. площадь пашни в лесостепной зоне больше на 1,5 раза, чем в степной и в сухостепной [4]. Поэтому, запасы легкоминерализуемого и стабильного углерода уменьшаются от лесостепи к степи и сухостепи.
Итак, в настоящее время посевная площадь в регионе сосредоточена в лесостепной природно-климатической зоне и почвы аккумулируют 1279 тыс. т С, из которых 26% приходится на легкоминерализуемое органическое вещество и 74% на
Количественные оценки чистой первичной продукции пшеничных агроценозов в Туве изменяются от 6,2 до 6,6 тта Чод 1 В целом значения продукции в надземной сфере (ANP) находятся в пределах 4,0-4,4 тта Чод 1 подземной части (BNP) - 2,2 тта Чод 1. Поэтому, большую долю (около 65%) в продукцию этих ценозов вносят надземные органы растений.
Чистая первичная продукция люцерны равна 4,16 тта Чод \ где большая часть приходится на корни. Люцерновые агроценозы имеют самые высокие оценки продукции по сравнению с однолетними культурами. Продукция многолетних трав часто не уступает продукции естественных биоценозов. Картофельные агроценозы имеют невысокую интенсивностью накопления продуциии 2,4-6,2 тта Чод 1
Сравнивая изученные агроценозы, подчеркнем, что наибольшую№Р имеют овощные агроценозы, наименьшую - однолетние травяные агроценозы.
Оценки чистой первичной продукции сельскохозяйственных культур Тувы выраженные в углероде повторяют сказанное о продукции в различных агроценозах. Вся аккумуляция углерода продукцией агроценозов лесостепной зоны региона составляет около 50тыс. т Стод i (рис. 2). В «растительный» пул углерода наибольший вклад вносят зерновые культуры - 70%, так как они в структуре пашне являются доминирующими. В депо углерода многолетние травы вносят 10%, картофель - 7%.
Рис. 2. Пул углерода в блоке «органическое вещество почвы» в слое 0-20 см и в продукции
Таким образом, суммарная аккумуляция углерода в агроценозах Тувы (блоки «растительность - продукция» и «органическое вещество почвы») за 2001-2015 гг. достигает - 1329 тыс. т. В почвенном блоке углерода находится 96%, а в фитомассе -4%.
Возврат углерода в атмосферу складывается из разложения отмерших растительных и животных остатков, дыхания почвы, а также минерализации гумуса. Вход углерода из атмосферы в агроэкосистему оценивается величиной 1\1РР
[5].Полученный знак при расчетах баланса определяет, какую роль выполняют сельскохозяйственные культурыы в биосфере: являются ли нетто-стоком для СО2 атмосферыили его источником в атмосферу.
Выходная часть углеродного баланса состоит из той части продукции культур, которая отчуждается с урожаем. В лесостепной зоне за анализируемый период она равняется в среднем 22тыс. т год-1.
Оценки возврата углерода в почву с растительными остатками зависят от вида полевой культуры и интенсивности прироста надземных органов и корней, обеспеченности почвы питательными элементами и водой. Максимальные оценки отмечаются в агроценозах многолетних трав, минимальные - в полях однолетних культур.
Растительные остатки в почве постепенно подлежат разложению. Разложение сопровождается механическим разрушением растительных тканей, их биохимической и химической трансформацией.
В процессе разложения значительная часть органических остатков минерализуется до конечных продуктов окисления, и только небольшая часть подлежит гумификации, приводящей к образованию «новых» гумусовых веществ.
Минерализационный поток углерода в агроценозах образуется при разложении пожнивных остатков и минерализации гумуса. Величина суммарного минерализационного потока углерода в агроценозах лесостепи равняется 20 тыс. т год-1 (таблица). В среднем по региону ежегодно минерализуется 70-90% массы растительных остатков.
Таблица 1.
Баланс углерода в агроценозах лесостепной зоны Тувы, тыс. т С год-1_
Вход: Выход: Баланс,
NPP всего отчуждение с урожаем минерализация дыхание почвы + -
49,59 48,93 22,05 19,71 7,17 +0,66
Выход углерода из агроэкосистемы слагается из отчужденного с урожаем, выделившегося в процессах минерализации мортмассы и гумуса, а также гетеротрофного дыхания микроорганизмов в почве и дыхания корней. Суммарный выход углерода ежегодно варьирует, но в среднем за 15 лет составил 49 тыс. т в год .
Таким образом, оценка баланса углерода в агроэкосистемах лесостепи Тувы показала, что агроценозы лесостепной зоны являются нетто-стоком СО2 атмосферы. Поэтому, возделыванием полевых культур следует заниматься в данной наиболее благоприятной почвенно-климатической зоне региона. На земледельческой территории этой зоны, возможно, сохранять баланс углерода бездефицитным, при соблюдении технологии выращивания сельскохозяйственных культур.
Библиографический список
1. Базилевич Н.И., Шмакова Е.И., Тишков А.А., Ти Тран. Травяные экосистемы Русской равнины, Курская область // Биологическая продуктивность травяных экосистем: Географические закономерности и экологические особенности. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1988. С. 58-66.
2. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд-во МГУ, 1995. 320 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
4. Жуланова В.Н. Оценка плодородия почв Тувы // Почвакак связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем [Электронный ресурс]: мат-лы IV Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 85-летию каф. почвоведения и оценки земельных ресурсов ИГУ и Дню Байкала / ФГБОУ ВО «ИГУ»; [под ред. Н.И. Граниной]. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2016. С. 376-378.
5. Жуланова В.Н. Агроэкологическая оценка почв Тувы: диссер. докт. биол. наук. М., 2013. 322 с.
6. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мякшина В.О. Оценка изменений баланса и запасов углерода при восстановлении пахотных почв в Российской Федерации, 1990-2005 гг. // Мат-лы V Всероссийского съезда почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростов-на-Дону: ЗАО «Ростиздат», 2008. С. 144.
7. Титлянова А.А., Тихомирова Н.А., Шатохина Н.Г. Продукционный процесс в агроценозах. Новосибирск: Наука, Сиботд., 1982. 224 с.
8. Climate change 1995: The Science of Climate Change. Contribution of Working Group to the Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. J. T. Houghton, L.G. Meira Filho, B.A. Callander. Cambridge: Cambridge University Press, 1995. 572 p. Bibliograficheskiy spisok
1. Bazilevich N.I., Shmakova E.I., Tishkov A.A., Ti Tran. Travyanye ehkosistemy Russkoj ravniny, Kurskaya oblast // Biologicheskaya produktivnostapos; travyanyh ehkosistem: Geograficheskie zakonomernosti i ehkologicheskie osobennosti. Novosibirsk: Nauka, Sib. otd., 1988. S. 58-66.
2. Dmitriev E.A. Matematicheskaya statistika v pochvovedenii. M.: Izd-vo MGU, 1995. 320 s.
3. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta. M.: Agropromizdat, 1985. 351 s.
4. Zhulanova V.N. Ocenka plodorodiya pochv Tuvy // Pochva kak svyazuyushchee zveno funkcionirovaniya prirodnyh i antropogenno-preobrazovannyh ehkosistem [EHlektronnyj resurs]: mat-ly IV Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyashch. 85-letiyu kaf.pochvovedeniya i ocenki zemel'nyh resursov IGU i Dnyu Bajkala / FGBOU VO «IGU»; [pod red. N.I. Graninoj]. Irkutsk: Izd-vo IGU, 2016. S. 376-378.
5. Zhulanova V.N. Agroehkologicheskaya ocenka pochv Tuvy: disser. dokt. biol. nauk. M., 2013.322 s.
6. Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina V.O. Ocenka izmenenij balansa i zapasov ugleroda pri vosstanovlenii pahotnyh pochv v Rossijskoj Federacii, 1990-2005 gg. // Mat-ly V Vserossijskogo s"ezda pochvovedov im. V.V. Dokuchaeva. Rostov -na-Donu: ZAO «Rostizdat», 2008. S. 144.
7. Titlyanova A.A., Tihomirova N.A., SHatohina N.G. Produkcionnyj process v agrocenozah. Novosibirsk: Nauka, Sib otd., 1982. 224 s.
8. Climate change 1995: The Science of Climate Change. Contribution of Working Group to the Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. J. T. Houghton, L.G. Meira Filho, B.A. Callander. Cambridge: CambridgeUniversityPress, 1995. 572 p.
Жуланова Валентина Николаевна - доктор биологических наук, профессор кафедры агрономии Тувинского государственного университета, г. Кызыл, [email protected]
Рылова Ольга Владимировна - аспирантка кафедры агрономии Тувинского государственного университета, г. Кызыл
Лопсан Артыш Сергеевич - магистрант кафедры агрономии Тувинского государственного университета, г. Кызыл
Zhulanova Valentina - Doctor of Biological Sciences, Professorthe Department of Agronomic, Tuvan state university, Kyzyl, [email protected]
Rilova Olga - Graduate student of the Department of agronomic Tuvan State University, Kyzyl
Lopsan Artish -MSc student of the Department of agronomic Tuvan State University, Kyzyl.
УДК 636.32/38.082
ОСОБЕННОСТИ ТУВИНСКИХ ОВЕЦ РАЗНОГО ТИПА ПИЩЕВОГО ПОВЕДЕНИЯ
Юлдашбаев Ю.А.1, Донгак М.И 2.,Чылбак-оол С.0.1 1 Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия имени К.А. Тимирязева, Москва
2Тувинский государственный университет, Кызыл
FEATURES OF TUVAN SHEEP OF DIFFERENT TYPE OF EATING BEHAVIOR
Yuldashbaev Yu.A.1, Dongak M.I.2, Chylbak-ool S.0.1 Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A.
Timiryazev, Moscow 2Tuvan State University, Kyzyl
В статье приводятся данные, характеризующие взаимосвязь разных типов пищевого поведения с живой массой и плодовитостью тувинских овец. Нами установлено, что животные
I типа поведения превосходят по живой массе животных II и III типов поведения. При окоте был проведен учет потомства и было выявлено высокий процент плодовитости I типа (110%), а матки II и III типа поведения 105 и 98%. Приведенные данные по распределению на поведенческие группы свидетельствуют о высоком удельном весе I сильного уравновешенного типа в экспериментальной группе, в связи с этим целесообразно использовать тип пищевой реакции овец в качестве селекционного признака при отборе маточного поголовья для овцеводческих хозяйств.
Ключевые слова: овцеводство, тувинские овцы, тип пищевого поведения, мясная продуктивность, этологические типы поведения.
The article contains data characterizing the interrelation of different types of eating behavior with the live weight and fertility of tuvan sheep. We have established that animals of the first type of behavior exceed in the living mass of animals of types II and III. At lambing, the offspring were recorded and a high percentage of fertility of the first type (110%) was found, and the uteruses of the
II and III types of behavior were 105 and 98%. The presented data on the distribution of behavioral groups indicate a high specific gravity of the 1st strong balanced type in the experimental group, in this connection it is expedient to use the type of food reaction of sheep as a breeding feature when selecting the breeding stock for sheep farms.
Keywords: sheep breeding, tuvan sheep, type of eating behavior,meat production,ethological types of behavior.
