CC BY
17
M. A. Priputneva
Federal Agricultural Kursk Research Center, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. The studies were carried out in 2020-2021 to assess the relationship between the fertility indicators of typical chernozem and the yield of winter wheat and to identify its optimal parameters for the crop under study under the conditions of the Kursk region. The objects of research were typical heavy loamy chernozems and winter wheat of the Leonida variety. In the soil-plant system, information-logical analysis established the nature, direction and strength of the relationship between the indicators of the humus and agrochemical state of the soil and the yield of winter wheat. A close relationship between yields in 2020 was found with the content of mobile phosphorus in the soil and with the ratio of mobile humid acids (MHA) to humus: the information transfer efficiency coefficient (Ce) was 0.23 and 0.22, respectively. The relationship of productivity with the ratio of microbial biomass (MB) to MHA was 0.19, with the content of exchangeable calcium - 0.18, with the ratio of MB to mobile humid substances (MHS) - 0.17. In the dry conditions of2021 and low levels of soil fertility, with the same agricultural technology, the role in the formation of the winter wheat crop of the Leonida variety of the share of MB in the MHA (Ce = 0.31) and in humus (Ce = 0.28), the content of humus in the soil (Ce=0.20) and MHS quality (Ce=0.19). The optimal fertility parameters of a typical chernozem, which made it possible to form 5.58-7.47 t/ha of winter wheat under conditions of sufficient spring moisture and semi-arid July, were the following: 5.0-5.1 % humus, pH aq. 5.9-6.0; 83-119 mg/kg soil mobile phosphorus, 103-121 mg/kg potassium; the ratio of MHA/G - 5.9-6.5; MB/MHA -34.0-40.5; MB/ MHS - 13.2-16.5; Ca/Mg - 4.2-4.4; MHS/G -11.0-12.0; MHA/MFA - 0.93-1.00; 5100-5500 mg/kg of soil carbon MHS; 2920-3200 mg/kg carbon MHA; 860-990 mg/kg carbon MB. Lower level of soil fertility (humus 4.905.05 %; MHA/G - 4.8-5.3; MB/MHA - 33.840.5; MB/MHS - 14-17; MFA - 0.93-1.00; MB carbon - 510-800 mg/kg of soil) and dry weather conditions reduced the yield of winter wheat variety Leonida to 3.34-5.28 t/ha.
Keywords: typical chernozem; relationship assessment; optimal parameters; winter wheat yield; humus; mobile humid substances; mobile humid acids; mobile fulvic acids; microbial biomass; agrochemical indicators.
Author Details: N. P. Masyutenko, D. Sc. (Agr.), chief research fellow, (e-mail: vninp@ mail.ru); A. V. Kuznetsov, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; M. N. Masyutenko, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; T. I. Pankova, Cand. Sc. (Biol.), research fellow; M. A. Priputneva, junior research fellow.
For citation: Masyutenko NP, Kuznets AV, Masyutenko MN, et al. [Evaluation of the relationship between the fertility indicators of typical chernozem and the yield of winter wheat and its optimal parameters]. Zemledelie. 2023;(4):31-35. Russian. doi: 10.24412/00443913-2023-4-31-35.
doi: 10.24412/0044-3913-2023-4-35-39 УДК 631.417.2
Влияние длительного сельскохозяйственного использования на запасы органического углерода в черноземе выщелоченном
Д. И. ЕРЕМИН1, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: gambitn2013@yandex.ru) Е. А. ДЁМИН2, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
1 Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья - филиал Тюменского научного центра СО РАН,
ул. Бурлаки, 2, пос. Московский, Тюменский р-н, Тюменская обл., 625501, Российская Федерация
2 Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Рощинское ш., 18, Тюмень, 625041, Российская Федерация
В рамках проекта по снижению негативного воздействия антропогенных выбросов парниковых газов разработана концепция «4 промилле», которая предусматривает увеличение поглощения углерода пахотными почвами. Исследование проводили с целью определения влияния длительного сельскохозяйственного использования на содержание органического углерода в черноземе выщелоченном Северного Зауралья. Стационарный опыт был заложен в 1968 г. на участке целины, половину которого после взятия образцов почвы перевели в пашню. В 1990, 2006 и 2020 гг. был проведен отбор почвенных проб до глубины 110 см через каждые 10 см для определения содержания органического углерода методом Тюрина в модификации ЦИНАО. С 1968 по 1990 гг. на пахотном участке был развернут зернопропашной севооборот, с 1990 по 2006 гг. - зернопаровой, с 2016 - зернотравяной. Основная обработка почвы предусматривала вспашку. Целинные черноземы способны накопить до 306 т/ га органического углерода. В дальнейшем почвы из-за предела насыщения приходят в динамическое равновесие. Вовлечение чернозема выщелоченного в пашню негативно сказалось на запасах органического углерода, в зернопропашном севообороте его ежегодные потери достигали 0,6 т/га из-за снижения поступления растительных остатков и усиления аэрации почвы. В зернопа-ровом севообороте потери органического углерода в почве возрастали до 0,8 т/ га в год. Вовлечение в структуру посевных площадей многолетних трав благоприятно действовало на почвообразовательный про -цесс, запасы органического углерода повы-
шались до 267 т/га благодаря увеличению количества корневых остатков и снижению процесса минерализации при отсутствии вспашки в период их возделывания.
Ключевые слова: чернозем выщелоченный, целина, пашня, севооборот, запасы органического углерода, растительные остатки.
Для цитирования: Еремин Д.И., Дё-мин Е.А. Влияние длительного сельскохозяйственного использования на запасы органического углерода в черноземе выщело-ченном//Земледелие. 2023. № 4. С.35-39. doi: 10.24412/0044-3913-2023-4-35-39.
Активное развитие отечественного сельского хозяйства, переход на научно-обоснованную систему удобрений и защиты растений способствовали повышению урожайности сельскохозяйственных культур в зоне рискованного земледелия, в том числе в Западной Сибири. Как следствие, антропогенная нагрузка на почву многократно возросла. Это привело к существенному изменению уровня ее плодородия, основополагающим показателем которого принято считать гумусовое состояние почв. Основные факторы плодородия (питательный режим, агрофизические свойства, активность микробиоты) связаны с запасами гумуса и его качественной характеристикой [1, 2, 3].
Углерод служит важным элементом, участвующим в круговороте системы почва-растение-атмосфера. В результате роста и развития растений углекислый газ, благодаря фотосинтезу, накапливается в наземной и корневой массе. Часть углерода в зависимости от направления использования сельскохозяйственных культур отчуждается с основной продукцией, а оставшаяся, которая сосредоточена в корневых и пожнивных остатках, путем сложной биохимической трансформации переходит в гумусовые вещества. Однако, как показали исследования Л. В. По- и мазкиной (2013) и Ю.С.Ларионова | (2019), на пашне значительное коли- е чество органического углерода теря- д ется по причине минерализации расти- § тельных остатков и гумуса до диоксида е углерода [4, 5]. 2
п Ю
В последние годы исследования, ^ направленные на изучение трансфор- ю
мации углерода в агроэкосистемах, 2 набирают все больший интерес. Это ы
связано с глобальным изменением климата и концепцией «4 промилле», принятой на Конвенции сторон UNFCCC в Париже в 2015 г Основная задача концепции - увеличить закрепление углерода почвами, вовлеченными в сельскохозяйственное использование, и повышать его запасы на 0,4 % ежегодно. По расчетам ученых достижение этих результатов способно нивелировать все антропогенные выбросы парниковых газов в мире [6, 7].
В почвах сосредоточено около 2500 млрд метрических тонн углерода, что в несколько раз выше, чем в атмосфере и растительной массе. Это позволяет назвать почву основным резервуаром, который может сосредоточить в себе большое количество углерода, входящего в состав парниковых газов [8, 9].
На сегодняшний день множество исследований направлены на изучение влияния различных элементов земледелия на запасы органического углерода в почвах различных климатических зон. Особый интерес к этому вопросу обусловлен тем, что секвестрация и эмиссия углерода существенно зависит от агроклиматических условий и типов почвы. В меньшей степени на глобальный цикл углерода в агроценозах оказывают влияние используемые элементы системы земледелия [10, 11, 12].
Для получения достоверной картины секвестрации углерода в почвах необходимы длительные исследования в многолетних стационарах, в которых через значительный промежуток времени меняется система земледелия. Она демонстрирует влияние современных элементов земледелия на динамику запасов углерода. В современных условиях существенно увеличилась интенсивность использования средств химизации и минеральных удобрений, что привело к изменению состава почвенных микроорганизмов и их активности. Это также повлияло на интенсивность гумификации и минерализации органического вещества почвы [13, 14, 15].
Несмотря на большое количество научных данных, для многих почвенно-климатических зон отсутствует четкое понимание по влиянию различных агротехнических приемов на эмиссию и секвестрацию углерода в агроценозах [16, 17, 18].
Круговорот углерода в агроценозах играет глобальную роль в создании общемировой модели секвестрации углерода в почве и эмиссии СО2 в атмосферу [19, 20].
Цель исследований - установить влияние длительного сельскохозяйственного использования чернозема выщелоченного на содержание и запасы органического углерода в условиях лесостепной зоны Зауралья для поддержания плодородия пашни.
Работу проводили с 1968 по 2022 гг в стационарном опыте кафедры почвоведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья, который был заложен на целинном черноземе в 1968 г Л. Н. Карети-ным (п. Мичуринский Заводоуковского района Тюменской области). Стационар находится в северной колочной лесостепи Тобол-Ишимского междуречья. Рельеф - наклонная слабоволнистая равнина, окраина водораздельного плато в Притоболье. Почвообразующие породы - иловато-пылеватые лёссовидные суглинки мощностью не более 10 м.
После отбора первоначальных образцов почвы для определения содержания органического углерода часть стационара в 1968 г была распахана и используется под пашню до сегодняшнего дня. Оставшаяся часть - в целинном состоянии под естественной растительностью. Площадь опытного участка составляла 25 га. Почва - чернозем выщелоченный, тучный, среднемощный, среднесугли-нистый на карбонатном лёссовидном суглинке с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами [21, 22]. Мощность гумусового слоя достигала 57 см, из которых 28 % составлял переходный гумусовый горизонт (АВ1). Нижняя граница гумусового слоя варьировала незначительно - от 52 до 63 см, что характерно для черноземных почв Западной Сибири. Верхняя граница иллювиально-карбонатного горизонта определена по линии вскипания и располагалась на глубине 105 см с варьированием от 92 до 110 см. Анализ полноразмерного почвенного профиля выявил, что между нижней границей гумусового слоя и линией вскипания существует достаточно большой промежуток, выделяемый как горизонт В2, что характерно для подтипа выщелоченных черноземов. Признаки опод-золивания отсутствовали.
со
СЧ О СЧ
Ф
S ^
Ф
и
ф
s
ф
со
1. Влияние длительного сельскохозяйственного использования на содержание органического углерода в черноземе выщелоченном, %
Глубина Целина Пашня НСР05
отбора, см 1968 г.* 1990 г.**| 2006 г. 2022 г 1990 г.** 1 2006 г 2022 г.
0...10 6,3 6,4 6,3 6,1 5,6 4,9 5,0 0,3
10.20 6,1 6,2 6,3 6,1 5,6 5,0 5,1 0,4
20.30 4,1 5,0 5,0 5,2 3,9 4,1 4,2 0,2
40.50 3,0 3,4 3,2 3,4 3,0 3,1 3,2 0,1
60.70 0,6 0,8 0,6 0,6 0,5 0,6 0,7 0,1
80.90 0,3 0,3 0,3 0,4 0,3 0,3 0,3 0,1
100.110 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1
* по данным Л.Н. Каретина; ** по данным А.Г. Карякиной.
Обеспеченность нитратным азотом (9,0. ..12,0 мг/кг) низкая (ГОСТ 26951), подвижным фосфором (70.85 мг/ кг) и калием (95.110 мг/кг) средняя (ГОСТ 26207). Гидролитическая кислотность в слое 0.30 см варьировала от 3,1 до 4,1 мг-экв./100 г почвы (ГОСТ 26212), с глубиной она убывала, достигая минимальных значений 1,9 мг-экв./100 г почвы. Степень насыщенности основаниями - 90.92 % от емкости катионного обмена.
На участке целины произрастали разнотравные ассоциации с преобладанием следующих растений: порезника сибирского (Libanotis sibirica L.), вероники колосистой (Veronica spicata L.), чины луговой (Lathyrus pratensis L.), тимофеевки луговой (Phleum pratense L.). Высота травостоя достигала в среднем 90 см. Выход зеленой массы - 8.9 т/га.
В 1968-1990 гг на пахотном участке использовали зернопропашной севооборот: однолетние травы - яровая пшеница - кукуруза на зеленую массу - яровая пшеница - ячмень. С 1990 по 2006 г применяли зернопаровой севооборот с чередованием культур: занятый пар (горохо-овсяная смесь) -яровая пшеница - ячмень - ячмень. С 2016 г введен зернотравяной севооборот, включающий люцерну на зеленую массу, яровую пшеницу и ячмень.
В 1990, 2006 и 2022 гг проведены дополнительные исследования по определению содержания органического углерода на целинном и пахотном участках. Образцы почвы отбирали в первой декаде августа в 3-х кратной повторности послойно через каждые 10 см до глубины 110 см. Содержание органического углерода в образцах почвы определяли методом Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91). В связи с тем, что реакция вскипания соляной кислоты (HCl) на карбонаты была отрицательна, весь углерод был отнесен к органическому. Статистическую обработку результатов проводили по Доспехову (Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М., 1968. 336 с.) с использованием продукта Microsoft Excel.
Погодные условия в годы отбора почвенных образцов имели отличия между собой и среднемноголетними значениями. В 1990 г. за период с мая по октябрь выпало 496 мм осадков при норме 406 мм. Вегетационный период характеризовался как теплый - в июле температура воздуха нередко повышалась до 32 °С. ГТК Селянинова за период май-сентябрь составил 1,42. Вегетационный период 2006 г. был жаркий и сухой. С мая по октябрь выпало 288 мм осадков, а температура воздуха на 2,5.5,0 °С выше среднемноголет-них значений. ГТК равен 0,87. В 2022 г за май-октябрь отмечено 312 мм осадков, из которых 75 % выпало в первую половину периода вегетации. Темпе-
ратура воздуха в это время не превышала среднемноголетние значения. В августе установилась жаркая сухая погода, существенно отличающаяся от климатических показателей региона. ГТК в период май-сентябрь составил 1,38, что характеризовало погоду как умеренно теплую и влажную.
Целинные черноземы обладают высоким потенциальным плодородием и служат главным пахотным фондом Западной Сибири. Перед закладкой стационара в 1968 г содержание органического углерода в слое 0...10 и 10...20 см чернозема выщелоченного составляло 6,3 и 6,1 % (табл. 1). Вниз по профилю оно уменьшалось, достигнув 0,1 % на глубине 100.110 см. Высокое содержание углерода в верхнем слое 0.20 см целинного чернозема связано с поверхностным расположением основной массы корней и растительных остатков, участвующих в процессе гумусообразования почвы [22, 23].
К 1990 г распределение органического углерода в слое 0.20 см в целинном черноземе существенно не отличалось от 1968 г Однако отмечено повышение его содержания в слое 20.30 и 40.50 см на 0,9 и 0,4 % соответственно, в сравнении с исходным, что обусловлено развитием глубокой корневой системы многолетней травянистой растительности. К 2006 г изменений в содержании органического углерода в слоях почвы относительно предыдущих лет не наблюдали.
К 2022 г отмечали незначительное снижение его величины в слое 0.20 см на 0,2 % и достоверное его повышение в 20.30 и 40.50 см на 0,2 %. Хронологическая вариабельность содержания Сорг обусловлена изменением микробиологической активности верхнего слоя под действием погодных условий в анализируемые периоды. В 1990 и 2022 гг. гумусовый слой чернозема выщелоченного характеризовался оптимальным для развития почвенной микробиоты температурным режимом и влажностью, тогда как в 2006 году - в слое 0.50 см проявился дефицит влаги (40 % от НВ), что отразилось на микробиологической активности почвы. Содержание органического углерода в слоях почвы 50.100 см относительно предыдущих лет варьировало несущественно, так как условия жизнедеятельности почвенной микробиоты стабильны относительно вышележащего слоя почвы.
Введение чернозема выщелоченного в пахотный фонд оказывает серьезное влияние на процесс гумусообразования. Прежде всего происходит смена растительности, что изменяет количественные и качественные характеристики поступающих в почву растительных остатков. Разнотравье целины, в состав которой входят бобовые травы, сменяется однолетней
злаковой растительностью, по биомассе растительных остатков уступающей многолетним травам. Как установила А. А. Ахтямова, солома и корневая масса зерновых культур характеризуется очень низким содержанием азота, что делает их малоценными для почвенной микро-биоты [24]. Важным аспектом служит и локализация растительных остатков в пашне - они сосредоточены преимущественно в ежегодно обрабатываемом слое с высоким уровнем аэрации. По результатам исследования Н. В. Перфильева, аэрация пахотного слоя составляет 18.20 % от объема почвы [25]. В агрохимическом отношении увеличение объема поступления кислорода в пахотный слой оказывает благоприятное влияние на нитрификацию и продуктивность пашни, но в отношении гумусообразования это может привести к усилению его минерализации.
При использовании зернопропаш-ного севооборота к 1990 г содержание углерода в слое 0.20 см, в сравнении с 1968 г, снизилось на 0,7 %. В подпахотных слоях 20.30 и 40.50 см также отмечено достоверное уменьшение количества органического углерода на 1,1 и 0,4 % относительно целинного участка ^факг.Мтеор). Это связано с меньшим поступлением корневых остатков, а также с повышением аэрации. В более глубоких слоях почвы существенных изменений относительно целинного участка не наблюдали.
Переход на зернопаровой севооборот привел к тому, что к 2006 г содержание Сорг в пахотном слое значительно снизилось - на 0,6.0,7 %, что обусловлено уменьшением поступления растительных остатков в почву в 1990-2006 гг В этот период было запахано 63 т соломы и 50 т пожнивно-корневых остатков, что в сумме не отличалось от количества поступивших растительных остатков с 1963 по 1990 гг [21]. В подпахотном слое (20.30 см) содержание углерода повысилось на 0,2 % относительно 1990 г, так как корневая система зерновых культур менее развита, чем у кукурузы, и поступление пожнивных и корневых остатков в почву уменьшалось.
Длительная распашка почвы способствует усилению процесса минерализации органического вещества, а углерод из-за изменений качественного состава гумуса образует подвижные формы и мигрирует вниз по профилю [26].
К 2022 г. его содержание в верхнем пахотном слое варьировало на уровне 2006 г.- 5,0.5,1 %. В нижележащих существенных изменений также не отмечали. Это связано с тем, что с 2016 г введен зернотравяной севооборот. Возделывание многолетних трав позволило увеличить поступление растительных остатков в более глубокие горизонты почвы. При этом отказ от использования обработки почвы позволил снизить процесс минерализации органического вещества [27, 28].
Запасы углерода в метровом слое чернозема выщелоченного в 1968 г составляли 278 т/га (рис. 1). К 1990 г его количество на целине выросло на 10 % и достигало 306 т/га (при НСР05=6 т/ га). В дальнейшие годы исследований величина этого показателя из-за предела насыщения находилась в динамическом равновесии.
Расчеты показывают, что более 90 % органического углерода в целинном черноземе сосредоточено в слое 0.50 см и за годы исследований не изменялось. На долю слоя 50.100 см приходилось не более 27.32 т/га углерода, так как травянистая естественная растительность располагает максимальное количество корней в слое почвы 0.50 см (рис. 2).
Распашка чернозема выщелоченного и использование зернопропашного севооборота привели к усилению минерализации органического вещества. Количество растительных остатков резко снизилось из-за включения в севооборот кукурузы и однолетних трав, которые использовали для заготовки кормов и исключали поступление соломы в почву. Возделывание зерновых культур (яровой пшеницы и ячменя) также сокращало поступление растительных остатков в подпахотный горизонт почвы из-за поверхностного расположения корневой системы. В результате в 1990 г. запасы углерода в метровом
350
300
250
? - 200 ® и
I 5 150 ¥ £
5 I юо
50
ЗОБ 302 306
1111111
1992г. 2006г. 2022 г. 1992г. 2006г. 2022 г.
Целина Пашня
м о м и
Рис. 1. Влияние длительного сельскохозяйственного использования чернозема выщелоченного на запасы органического углерода.
Рис. 2. Распределение органического углерода в метровом слое чернозема выщелоченного при длительном сельскохозяйственном воздействии: I - 50...100 см; I - 20...50 см; ■ - 0...20 см.
слое чернозема выщелоченного по отношению к исходному уменьшились на 13 т/га (НРС05=8 т/ га). Наиболее существенные потери углерода отмечали в слое 0.20 см - на 9,4 %, что соответствовало ежегодной потере 0,6 т/га, тогда как в горизонте 20.50 см снижение составляло 0,2 т/га в год (табл. 2).
Значительное уменьшение содержания углерода в верхнем слое (0.20 см), в сравнении с нижними горизонтами, связано с тем, что обработка почвы происходила до глубины 20.25 см. Это увеличивало аэрацию пахотного слоя и усиливало процесс минерализации органического вещества, что приводило к повышению эмиссии углекислого газа.
Использование зернопарового севооборота в течение 16 лет привело к сокращению запасов углерода в метровом слое на 10 т/га (НРС05=8 т/га), в сравнении с величиной в 19590 г Ежегодные потери лишь в пахотном слое достигали 0,8 т/га. В более глубоких горизонтах почвы из-за изменения качества и миграции гумуса вниз по профилю отмечали ежегодное увеличение углерода на 0,1.0,2 т/га.
Снижение запасов углерода при использовании зернопарового севооборота связано, во-первых, с недостатком поступления растительных остатков в пахотный слой из-за использования лишь зерновых культур, имеющих слаборазвитую корневую систему. Во вторых, из-за ежегодной отвальной обработки почвы, которая приводит к изме-
нению качественного состава и миграции гумуса вниз по профилю почвы.
К 2022 г запасы углерода в слое 0.100 см выросли на 4,7 % относительно 2006 г, составив 267 т/га, благодаря морфологическим особенностям культур (глубокая корневая система многолетних трав) и отсутствию отвальной обработки. В совокупности это приводит к закреплению углерода в почве в виде гумусовых веществ. В результате в слое 20.50 см его суммарное количество увеличилось до 124 т/га, а в слое 50.100 см -до 36 т/га, что соответствовало ежегодному росту запасов органического углерода на 0,4 и 0,2 т/га.
В пахотном слое почвы к 2022 г. существенных изменений относительно 2006 г не отмечали в связи с усилением эмиссии углекислого газа при вспашке под зерновые культуры
Таким образом, в ходе исследований установлено, что целинный чернозем выщелоченный в лесостепи Зауралья характеризуется высоким содержанием органического углерода в гумусовом слое (0.50 см) с варьированием от 3,0 до 6,4 %. С 1968 по 1990 гг его запасы в метровом слое почвы на участке целины увеличились на 28 т/га, что соответствовало ежегодному накоплению 1,3 т/га. В дальнейшие годы суммарное количество углерода из-за предела насыщения находилось в динамическом равновесии. Вовлечение чернозема выщелоченного в пахотный фонд привело к усилению
2. Изменение запасов органического углерода при длительном сельскохозяйственном использовании чернозема выщелоченного
Период Слой почвы, см Снижение (-), увеличение (+ ) гумуса
всего в год
т/га % т/га %
1968-1990 гг. 0.20 -12 -9,4 -0,6 -0,4
20.50 -5 -4,0 -0,2 -0,2
50.100 3 12,3 0,2 0,6
0.100 -14 -4,9 -0,6 -0,2
1990-2006 гг. 0.20 -13 -10,8 -0,8 -0,5
20.50 1 1,3 0,1 0,1
50.100 1 4,4 0,1 0,2
0.100 -10 -3,7 -0,6 -0,2
2006-2022 гг. 0.20 2 1,7 0,1 0,1
20.50 6 5,4 0,4 0,2
50.100 4 12,1 0,2 0,6
0.100 12 4,7 0,8 0,2
НСР05для слоя 0...20 см - 4 т/га; 20...50 см - 2 т/га; 50...100 см - 1 т/га. 38
аэрации и уменьшению поступления растительных остатков. Это негативно влияло на запасы органического углерода в слое 0.100 см, количество которого за 22 года использования зер-нопропашного севооборота снизилось на 14 т/га, что соответствует ежегодной потере 0,6 т/га. Наибольшему в опыте уровню дегумификации подвергался пахотный слой (0.30 см), где содержание органического углерода за период с 1968 по 1990 гг уменьшилось, относительно исходных значений, на 0,5 %. В зернопаровом севообороте на протяжении 16 лет наблюдали еще большее сокращение запасов углерода в метровом слое - на 10 т/га (0,8 т/га в год). Содержание Сорг в пахотном слое почвы при этом уменьшилось на 0,3 %, в нижележащих слоях почвы существенных изменений не отмечали. Включение в агроценозы посевов многолетних трав благоприятно воздействовало на процесс гумусообразования, повысив количество углерода за период 2006-2022 гг на 12 т/га. Несмотря на это, содержание органического углерода в пахотном слое почвы возросло только на 0,1 %, относительно 2006 г Это из-за увеличения поступления растительных остатков в более глубокие горизонты почвы и снижения интенсивности процесса минерализации при отсутствии вспашки в период возделывании многолетних трав.
Литература
1. Demin E. A., Barabanshchikova L. N. Mineral fertilizers influence on the dynamics of nitrogen, phosphorus and potassium in corn area grown in the forest-steppe zone of Trans-Urals // IOP Conference Series: Earth and Environmental. Science IOP Publishing Ltd, 2021. Vol. 839. P. 22080. URL: https://iopscience.iop.org/artic le/10.1088/1755-1315/839/2/022080 (дата обращения: 25.01.2023). doi: 10.1088/17551315/839/2/022080.
2. Corn yield per silo depending on the elements of cultivation technology in Western Siberia / R. R. Akhtariev, E. I. Miller, S. S. Miller, et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Science IOP Publishing Ltd, 2021. Vol. 839. P. 22069. URL: https://iopscience.iop.org/artic le/10.1088/1755-1315/839/2/022069 (дата обращения: 2.02.2023). doi: 10.1088/17551315/839/2/022069.
3. Demin E. A., Eremina D. V. Balance model of humus state of arable chernozems of the Western Siberia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciencethis link is disabled. IOP Publishing Ltd, 2022. Vol. 949(1). P. 012084. URL: https://iopscience.iop.org/arti cle/10.1088/1755-1315/949/1/012084 (дата обращения: 10.02.2023). doi: 10.1088/17551315/949/1/012084.
4. Трансформация и баланс углерода в агроэкосистемах интенсивного севооборота на агросерых почвах лесостепи Прибайкалья / Л. В. Помазкина, Л. Г. Соколова,
Е. Н. Звягинцева и др. // Агрохимия. 2013. № 4. С. 3-10.
5. Ларионов Ю. С. Роль углерода и круговороты на его основе как предпосылки совершенствования системы мониторинга плодородия почв // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2019. № 2. С. 124-134. doi: 10.33764/2618-981X-2019-4-2-124-134.
6. 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. doi: 10.19047/0136-1694-201998-185-202.
7. Глобальный климат и почвенный покров - последствия для землепользования России / А. Л. Иванов, И. Ю. Савин,
B. С. Столбовой и др. // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2021. № 107. С. 5-32. doi: 10.19047/0136-16942021-107-5-32.
8. Hutchinson J. J., Campbell C. A., Desjardins R. L. Some perspectives on carbon sequestration in agriculture // Agric Forest Meteorol. 2007. Vol. 142. P. 288-302. doi: 10.1016/j.agrformet.2006.03.030.
9. Agricultural prodcutivity and soil carbon dynamics: a bioeconomic model / J. Berazneva, J. M. Conrad, D. T. Guerena, J., et al. // American Journal of Agricultural Economics. 2019. Vol. 101. Р. 1021-1046. doi: 10.1093/ajae/aaz014.
10. Soil Carbon Regulating Ecosystem Services in the State of South Carolina, USA / E. A. Mikhailova, H. A. Zurqani, C. J. Post, et al. // Land. 2021. Vol. 10. P. 309. doi: 10.3390/ land10030309.
11. Взаимодействие циклов углерода и азота в основных типах почв при длительном применении различных систем удобрения / В. Г. Сычев, Л. К. Шевцова, М. В. Бели-ченко и др. // Проблемы агрохимии и экологии. 2018. № 4. С. 68-77. doi: 10.26105/ AE.2018.4.33.016.
12. Кудеяров В. Н. Агрогеохимические циклы углерода и азота в современном земледелии России // Агрохимия. 2019. № 12.
C. 3-15. doi: 10.1134/S000218811912007X.
13. Марковская Г. К., Мельникова Н. А., Нечаева Е. Х. Влияние различных способов обработки почвы на ее биологическую активность в посевах яровой пшеницы // Аграрный научный журнал. 2014. № 2. С. 22-25.
14. Демина О. Н., Еремин Д. И. Влияние минеральных удобрений на микрофлору пахотного чернозема лесостепной зоны Зауралья // Вестник КрасГА У. 2020. № 2(155). С. 63-71. doi: 10.36718/18194036-2020-2-63-71.
15. 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 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciencethis link is disabled. 2022. Vol. 839. 1043(1). 012016. URL: https://www.researchgate. net/publication/361578935_The_nature_ of_organic_carbon_and_total_nitrogen_ distribution_in_the_fractions_of_leached_ chernozem_aggregates_and_gray_soil_ in_Western_Siberia (дата обращения: 19.03.2023).
16. Воронкова Н. А., Балабанова Н. Ф. Влияние экологических факторов на эмиссию СО2 из пахотной лугово-черноземной почвы лесостепи Западной Сибири // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 4. С. 51-54. doi: 10.31857/S2500262722040093.
17. Структура баланса углерода и биоэнергетическая оценка его компонентов в агроценозах длительных полевых опытов / Л. К. Шевцова, В. А. Романенков, П В. Благовещенский и др. // Агрохимия. 2015. № 12. С. 67-75.
18. Романенков В. А., Швецова Л. К. Длительные опыты Пеосети в современных и перспективных агрохимических и агро-ландшафтных исследованиях // Агрохимия. 2014. № 11. С. 3-14.
19. Управляемая коэволюция педос-феры - реальная биосферная стратегия XXI века (вклад в развитие ноосферных идей
B. И. Вернадского) / М. С. Соколов, Ю. Я. Спиридонов, В. П. Калиниченко и др. // Агрохимия. 2018. № 11. С. 3-18. doi: 10.1134/ S0002188118110091.
20. Сычев В. П., Налиухин А. Н. Изменение климата и углеродная нейтральность: современные вызовы перед аграрной наукой // Плодородие. 2021. № 5(122). С. 3-7. doi: 10.25680/S19948603.2021.122.01.
21. 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. 49. No. 5. P. 538-545. doi: 10.1134/ S1064229316050033.
22. Еремин Д. И. Агрогенная трансформация чернозема выщелоченного Северного Зауралья: специальность 03.02.13 «Почвоведение»: диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук. Тюмень, 2012. 419 с.
23. Еремин Д. И. Залежь как средство восстановления содержания и запасов гумуса старопахотных черноземов лесостепной зоны Зауралья // Плодородие. 2014. № 1(76). С. 24-26.
24. Ахтямова А. А. Изменение химического состава запаханной соломы под действием агрохимикатов // Вестник Курганской ПСХА. 2017. № 4(24). С. 17-20.
25. Перфильев Н. В. Научные основы оптимизации системы обработки темно-серой лесной почвы в Северном Зауралье / Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья Россельхозакадемии. Новосибирск: Ареал, 2014. 308 с.
26. Марковская П. К., Пусева С. А. Влияние одновидовых и смешанных посевов многолетних трав на ферментативную активность почвы в условиях лесостепи Среднего Поволжья // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 2.
C. 27-34.
27. Абрамов Н. В. Воспроизводство плодородия почв УрФО // АПК России. 2017. Т 24. № 5. С. 1055-1065.
28. Шарков И. Н., Антипина П. В. Некоторые аспекты углерод-секвестрирующей способности пахотных почв // Почвы и окружающая среда. 2022. Т. 5. № 2. doi: 10.31251/ pos.v5i2.175.
Influence of long-term agricultural use on organic carbon stocks in leached chernozem
D. I. Eremin1, E. A. Djomin2
Research Agricultural Institute of the Northern Trans-Urals, branch of the Federal Research Center of Tyumen Scientific Center, Siberian branch, Russian Academy of Sciences, ul. Burlaki, 2, pos. Moskovskii, Tyumenskii r-n, Tyumenskaya obl., 625501, Russian Federation
2 State Agrarian University of the Northern Trans-Urals, Roshchinskoe sh., 18, Tyumen', 625041, Russian Federation
Abstract. As part of a project to reduce the negative impact of anthropogenic greenhouse gas emissions, the concept of «4 per mile» has been developed, which provides for an increase in carbon absorption by arable soils. The study aimed to determine the effect of long-term agricultural use on the content of organic carbon in the leached chernozem of the Northern Trans-Urals. A stationary experiment was established in 1968 on a virgin land, half of which, after taking soil samples, was transferred to arable land. In 1990, 2006 and 2020 soil sampling was carried out to a depth of 110 cm every 10 cm to determine the content of organic carbon by the Tyurin method in the modification of Central Institute of Agrochemical Services for Agriculture. From 1968 to 1990 on the arable plot, a grain-row crop rotation was launched, from 1990 to 2006- grain-steam, since 2016 - grain-herbal. The main tillage involved ploughing. Virgin chernozems can accumulate up to 306 t/ha of organic carbon. Subsequently, the soils come into dynamic equilibrium due to the saturation limit. The involvement of leached chernozem in arable land had a negative impact on the stocks of organic carbon; in the grain-row crop rotation, its annual losses reached 0.6 t/ha due to a decrease in the supply of plant residues and increased soil aeration. In the grain-fallow crop rotation, the loss of organic carbon in the soil increased to 0.8 t/ha per year. The involvement of perennial grasses in the structure of sown areas had a favourable effect on the soil-forming process, the reserves of organic carbon increased to 267 t/ha due to an increase in the amount of root residues and a decrease in the mineralization process in the absence of ploughing during their cultivation.
Keywords: leached chernozem; virgin soil; arable land; crop rotation; organic carbon 3 reserves; plant residues. M
Author Details: D. I. Eremin, D. Sc. (Biol.), e leading research fellow (e-mail: gambitn2013@ g yandex.ru); E. A. Djomin, Cand. Sc. (Agr.), § senior research fellow. |§
For citation: Eremin DI, Djomin EA 2 [Influence of long-term agricultural use on 4 organic carbon stocks in leached chernozem]. 2 Zemledelie. 2023;(4):35-39. Russian. 2 doi: 10.24412/0044-3913-2023-4-35-39. ■ 3
