CC BY
0ДЕПОНИРОВАНИЕ СО2 В ПОЧВЕННОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО КАК СПОСОБ СМЯГЧЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО
ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА
1Мамасалиева Лазиза Элмурадовна, 2Мячина Ольга Владимировна, 3Ким Римма Николаевна, 4Рахмонов Акромжон Хужамович, 5Пулатов Бейсен Абдумаликович, 6Нарзуллаев Ойбек Сабирович, 7Буриева Сарвиноз Алламурадовна
!ИОНХ АН РУз с.н.с., к.б.н.
2ИОНХ АН РУз зав. лаб, д.б.н.
3ИОНХ АН РУз с.н.с., к.т.н.
4'56'7ИОНХ АН РУз м.н.с. https://doi.org/10.5281/zenodo.11400458
Аннотация. Определен уровень почвенного органического вещества в типичном сероземе, а также количество и соотношение С-пулов разной степени доступности, их взаимосвязи с микробиологическими и физико-химическими свойствами почвы; показана зависимость скорости минерализации ПОВ от вида органоминеральныхудобрений.
Ключевые слова: почвенное органическое вещество, пулы углерода, органоминеральные удобрения, микроорганизмы, хлопчатник.
Annotation. The level of soil organic matter in a typical sierozem, quantity and ratio of C-pools of varying availability degrees were studied, their relationship with soil microbiological and physico-chemical properties were determined; the dependence of SOM mineralization rate on type of organomineral fertilizers is shown.
Key words: soil organic matter, carbon pools, organomineral fertilizers, microorganisms,
cotton.
Annotatsiya. Oddiy bo'z tuproqdagi organik moddalarining darajasi, shuningdek, turli darajadagi C-hovuzlarning turli darajadagi miqdori va nisbati, ularning tuproqning mikrobiologik va fizik-kimyoviy xususiyatlari bilan bog'liqligi aniqlandi; SOM minerallashuv tezligining organomineral o'g'itlar turiga bog'liqligi ko'rsatildi.
Kalit so'zlar: tuproq organik moddalari, uglerod hovuzlari, organomineral o'g'itlar, mikroorganizmlar, g'uza.
Первоочередными задачами смягчения климатических изменений является сокращение выбросов парниковых газов, в частности, их компонента СО2. Известно, что в глобальном масштабе наиболее важными накопителями, практически бесконечными по способности поглощать и хранить углерод являются почва с растительностью. Почвы -субстрат для краткосрочного и долгосрочного хранения углерода, они содержат больше закрепленного углерода, чем в сумме вся наземная растительность и атмосфера. Самым эффективным методом депонирования (секвестрации) атмосферного углерода считается его перевод в почвенное органическое вещество (гумус) с помощью управления процессами минерализации и гумификации - комплекса агробиотехнологий (специальных удобрений, регулирования влияющих факторов и др.)[1]. Именно этот метод представляется наиболее значимым, поскольку тесно связан с актуальными вопросами воспроизводства плодородия почв в агроценозах.
ООН в рамках программы FAO выпустило документ Global Soil Organic Carbón Sequestration Potential Map (GSOCseq), в котором указаны потенциальные объемы секвестрации углерода. По оценкам, глобальный биофизический потенциал секвестрации SOC составляет от 0,14 до 0,56 гигатонн углерода (ГтС) (что эквивалентно 140-560 Мт С) в год. GSOCseq показывает, что глобальное внедрение методов устойчивого управления почвами Sustainable soil management (SSM) потенциально может привести к ежегодному сокращению сельскохозяйственных выбросов парниковых газов на 8,6-33,8%, причем на 15 стран (важно, что именно в тропическом и субтропическом влажном климате) приходится более 50% глобального потенциала секвестрации SOC.
Таким образом, почвенная секвестрация углерода предусматривает целенаправленное закрепление атмосферного СО2, перевод в органическую форму - в органическое вещество с целью увеличения продуктивности почв и долговременного хранения углерода в форме сложных соединений (гумуса). Наиболее рациональным способом депонирования является управление процессами минерализации-гумификации ПОВ, при этом для оценки объемов секвестрации необходимо иметь подробную информацию, когда почва является источником, а когда хранилищем углерода в обмене с атмосферой.
Так, растительные остатки и другая биомасса, накапливается в почвах в виде органических углеродсодержащих веществ и разрушается в результате химических реакций, биологической деградации с выделением СО2, а также ветровой или водной эрозии. Более стойкие органические углеродные полимеры, такие как целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, алифатические соединения, воски и терпеноиды, трансформируются и сохраняются в виде гумуса. В почвах с умеренным и холодным климатом (например, в бореальных лесах Северной Америки или в тайге России) органическое вещество может накапливаться, тогда как в условиях жаркого климата из-за высоких температур и увлажнения дождями либо поливными водами биомасса и гумус быстро окисляются и плохо сохраняются. Поэтому большая часть органического углерода, удерживаемого почвой во многих регионах мира, благоприятных для земледелия, серьезно истощена из-за интенсивных методов ведения сельского хозяйства. показали, что агротехнологии оказывают существенное влияние на круговорот и баланс углерода. Применение органических удобрений увеличивает выделение СО2 в атмосферу, тогда как минеральные удобрения, наоборот, способствуют увеличению стока (иммобилизации) углерода, особенно при умеренном внесении азотных удобрений. Оптимальным является сочетание органических и минеральных удобрений, позволяющих повысить продуктивность культур и уменьшить эмиссионные потери углерода. вследствие роста продуктивности культуры (картофеля и пшеницы) и закреплению его в виде чистой первичной продукции - урожая [2].
Целью описываемых исследований является оценка потенциала естественных почв и агроценозов Узбекистана секвестрировать углерод, разработка методов его регулирования за счет изменения баланса минерализации - иммобилизации С-содержащих соединений. Для осуществления этой цели решены задачи: Определены запасы ПОВ (гумуса), количества и соотношения С-пулов и его взаимосвязи с биологическими и физико-химическими свойствами почвы; зависимости от вида субстрата и соотношения C:N; определение скорости микробной трансформации пулов ПОВ; расчет количества и соотношение пулов почвенного органического вещества (ПОВ).
Методы исследований. Микрополевой опыт заложен на территории Центральной Экспери-ментальной базы Узбекского НИИ Хлопководства, расположенной 12-15 км восточней г. Ташкента (41°24' С.Ш. и 69°29' В.Д., высота над уровнем моря 528,9 м). Погодные условия характеризуются показателями: среднегодовая температура: 13,0-14,50С; абсолютная максимальная темпера-тура воздуха +43°С, минимальная -29°С; продолжительность безморозного периода - 204 дня, количество дней без осадков - 288; относительная влаж-ность воздуха 64%, среднегодовое количество осадков - 410-426 мл.
Основу почвенного покрова участка составляют типичные сероземы (Calcisols, WRB, 2006) с глубоким залеганием грунтовых вод (18-20 м). По гранулометрическому составу почвы относятся к категории пылеватых сред-них и тяжелых суглинков.
Агрохимические характеристики: гумус -1,03%; валовые формы: N - 0,08%; P -0,165%; K - 1,75%; подвижные формы, мг/кг: N - 12,1; P -24,0; K - 220. Размер экспериментальных участков - 2,4 х 10 м, повторность опыта четырехкратная.
Выращиваемая культура - хлопчатник (Gossypium hirsutum). Средняя урожайность хлопка-сырца 38,1 - 44,5 ц/га. Вегетационный период 117 - 128 дней. Густота стояния - 80 тыс. растений • га-1.
Состав ОМУ-1 (азотно-фосфорного органоминерального удобрения): Содержание N - 7,75%; Р2О5 общ.- 9,41%; Р2О5 усв.- 6,1%; органических веществ - 23,6%; СаО общ. -22,9%; Воды -5,42%; С/N - 3,6; С/Робщ - 2,8; Робщ/ N - 1,3.
Состав ОМУ-2 (азотсодержащего органического удобрения): Содержание N -14,9%; гуминовых кислот -23,57%; органических веществ - 31,75%; SOз-9.9%;Воды -5,01%;Р205- отс; С/N - 2:1
Результаты исследований. Анализ количественного содержания различных пулов углерода в зависимости от применения ОМУ-1 и ОМУ-2 (на основе компостов), разработанных в ИОНХ АН РУз, установил значительное влияние удобрений на лабильные пулы углерода и состав микробных комплексов. Установлено, что однократное (100% норма) внесение ОМУ-1 и ОМУ-2 ранней весной в начале вегетации хлопчатника, привело значительному усилению минерализации за счет резкого роста численности гидролитических микроорганизмов - (олиготрофов, аммонификаторов, актиномицетов и бацилл), сопровождающихся интенсификацией «дыхания» - выделения СО2, свидетельствуя о значительных нерациональных потерях С, а также N, Р, входящих в состав ОМУ. Напротив, дробное двух- и трехкратное внесение ОМУ, за счет равномерного и постепенного высвобождения питательных элементов, обеспечивает полноценное питание растений, без избытка макроэлементов и повышения минерализационной активности почвенных микроорганизмов.
Отмечено увеличение содержания водоэкстрагируемого углерода (WEC) в вариантах с ОМУ-1 на 160 - 240% за 2 года (в зависимости от кратности внесения). ОМУ-2 показал приращение этого пула (на 76%) лишь в варианте с 3 -кратным внесением, тогда как при 1 -но и 2-х кратном внесении, напротив, отмечено снижение (на 20-47%).
Пул HWEC, т.е. С, экстрагируемый горячей водой, по значению был в 5-31 раза выше, чем WEC. Установлено, что HWEC достоверно снизился в вариантах с ОМУ-1 (на 22-36%) (лишь с трехкратно внесенным ОМУ-1 - незначительное увеличение HWEC на 5%), а также с ОМУ-2 (на 9-43%). Количество углерода, заключенного в микробной биомассе, также снизилось на 12 - 53 % с ОМУ-2 и на 30 - 35% - с ОМУ-1. Наибольшее ингибирующее действие на MBC оказало трехкратное внесение ОМУ-2.
Воздействие ОМУ на РОС было также ярко выражено и проявлялось в снижении пула РОС на 11- 57% в вариантах с ОМУ-2; и на 5-51% - в вариантах с ОМУ-1. Следует отметить, что наименьшее воздействие на РОС оказало 2-х кратное внесение ОМУ-2 и 3-х кратное внесение ОМУ-1.
При сравнении совокупности лабильных форм углерода установлено, что за 2 года применения удобрений наибольшее воздействие (в сторону снижения) оказала минеральная система удобрений и ОМУ-2, внесенное однократно (снижение на 43% и 44%), в вариантах с ОМУ снижение (на 1,2 - 27%) суммы лабильных форм углерода менее выражено. Однако, если в почве с минеральной системой удобрений сумма легкоминерализуемого углерода уменьшается значительно, то применение ОМУ возмещает эту минерализуемую часть углерода. Если проводить сравнение с контрольным вариантом NPK в конце вегетации, то обнаруживается достоверное приращение суммы лабильного пула (на 27,9 - 55,8% с ОМУ-2 и на 6,4 - 73,6% с ОМУ-1).
Судя по изменению суммы лабильного углерода, в ОМУ-1 содержится большее количество легкодоступного водорастворимого WEC, экстрагируемого горячей водой HWEC, а также частиц органического вещества (РОМ) - углерода, чем в ОМУ-2.
Отношение различных пулов почвенного углерода к С общему под воздействием удобрений варьирует от 0,1 до 6,49% от С общего, тогда как доля лабильного углерода в составе С общего - в пределах 3,4 - 7,7%. Наибольший процент легкоминерализуемого Clab (сумма всех определяемых пулов) отмечен при внесении ОМУ-1 трехкратно и ОМУ-2 двух-и трехкратно (7,7; 7,0 и 6,0% соответственно). Наибольшее содержание стабильной части углерода было обеспечено ОМУ-2, внесенным однократно и ОМУ-1, внесенным двукратно (188% и 192% относительно исходной почвы до внесения удобрений).
Изменения описываемых показателей связаны как с различным содержанием углерода, азота, фосфора и кальция в удобрениях, так и соотношением С/N, рН и других характеристик, изменяющих состав комплекса микроорганизмов, количество и разнообразие продуктов их метаболизма в зоне действия удобрений, а также состав корневых выделений растений.
Таким образом, результаты показали, что внесение органических и органоминеральных компостов оптимизирует состав и увеличивает количество гумуса и способствует разнообразию почвенных микробных сообществ. Это исследование расширяет наше понимание сложных взаимодействий между органическими материалами, компонентами ПОВ и микробным разнообразием, предоставляя ценную информацию для разработки методов устойчивого управления почвами, направленных на улучшение хранения углерода в почве и здоровье агроэкосистемы.
Результаты данных исследований будут использваны для реализации и усовершенствования мероприятий по повышению качества используемых почв и продуктивности культур. Кроме того, улучшение качества почв, увеличение технологической и пищевой ценности урожая сельскохозяйственных культур снижение непроизводительных потерь макроэлементов, уменьшение химической нагрузки на окружающую среду и повышение качества жизни сельского населения в перспективе обеспечит определенный социально-экономический эффект.
еПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Wang, Q., Liu, M., Wang, M. et al. Analysis of Soil Carbon, Nitrogen and Phosphorus
Storage and Sequestration Effects in Alpine Grassland with Different Degradation Levels in Maqu County, China. Eurasian Soil Sc. (2024). https://doi.org/10.1134/S1064229323602846 2. Oladele, S.O. and Adetunji, A.T., Agro-residue biochar and N fertilizer addition mitigates CO2-C emission and stabilized organic carbon pools in a rain-fed agricultural cropland, Int. Soil Water Conserv. Res., 2021, vol. 9, no.1, pp.76-86. https://doi.org/10.1016/uswcr.2020.09.002.
