CC BY
15
в/
ПЛОДОРОДИЕ
doi: 10.24412/0044-3913-2024-1-17-22 УДК:631.433.3
Влияние минеральных удобрений и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья
Е. А. ДЁМИН, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник (e-mail: gambitn2013@yandex.ru) С. С. МИЛЛЕР, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
А. А. АХТЯМОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Рощинское ш., 18, Тюмень, 625041, Российская Федерация
Глобальные изменения климата приводят к возникновению новых задач, направленных на решение проблемы выбросов парниковых газов. С сельским хозяйством связывают до 45 % выбросов диоксида углерода. Исследование проводили с целью определения влияния различных доз минеральных удобрений и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы. Схема опыта предусматривала следующие варианты: без удобрений (контроль); внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/га (N95P46); 4,0 т/га (N153P9J; 5,0 т/га (N2UPU24 и 6,0 т/га (N,770P190) зерна. В начале вегетации яровой пшеницы минеральные удобрения не оказывали влияния на эмиссию СО^ которая варьировала в диапазоне 37,4...41,4 кг/га в сутки. С повышением температуры почвы от 12,4 до 21,4 °С в контроле продуцирование диоксида углерода увеличилось, относительно исходных измерений, на 23,3.55,8 кг/га в сутки. С понижением температуры почвы с 19,4 до 7,3 °С величина этого показателя уменьшалась до 53,8.9,3 кг/га. Внесение N95P46 приводило к росту выбросов СО2 в период с 10 июня по 24 августа, относительно контроля, на 6,9.36,1 %. Доза Nt53P94способствова-ла повышению среднесуточной эмиссии в период с 25 мая по 24 августа, в сравнении с контролем, на 12,2.62,5 %. При использовании N2ttPt42усиление эмиссии
на 21,4.91,8 %, относительно контроля, наблюдали с конца мая по начало октября. Внесение N270P1g0 способствовало росту продуцирования диоксида углерода в этот период на 41,0.103,2 %. Сумма выделившегося СО2 за вегетацию культуры в контроле достигала 8779 кг СО2/га, применение удобрений повышало ее на 13.73 %. При внесении 1 кг действующем веществе минеральных удобрений на 1 га эмиссии СО2 за вегетацию возрастание на 14,9 кг, а при повышении температуры почвы на 1 °С - на 7,1 кг/га в сутки.
Ключевые слова: углекислый газ, эмиссия, минеральные удобрения, температура почвы, яровая пшеницы.
Для цитирования:Дёмин Е. А., Миллер С. С., Ахтямова А. А. Влияние минеральных удобрений и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Земледелие. 2024. № 1. С. 17-22. бок 10.24412/0044-3913-2024-1-17-22.
Наиболее важная мировая проблема - глобальное изменение климата, которое оказывает существенное влияние на все стороны жизни людей, увеличивая риски, в том числе в сфере обеспечения населения продовольствием [1]. Среди факторов, определяющих развитие процессов изменения климата, особое значение имеют парниковые газы, к числу которых принадлежит углекислый газ [2].
Для снижения негативного последствия антропогенного выброса парниковых газов на Конвенции сторон ООН в Париже в 2015 г. была принята общемировая Концепция «4 промилле». Она направлена на проведение работ по стимулированию поглощения углерода пахотными почвами, так как повышение запасов углерода в пахотном слое на 0,4 % в год позволит компенсировать все антропогенные выбросы парниковых газов [3].
На территории России за год происходит выброс около 1536,9 млн т
парниковых газов (четвертое место в мире). Доля сельского хозяйства в суммарном количестве выбрасываемых парниковых газов достаточно значительна. По некоторым оценкам более четверти мировых выбросов парниковых газов приходится на сельское и лесное хозяйство. Причем с аграрным сектором связывают до 45 % глобальной эмиссии СО2 и закиси азота [4]. Несмотря на то, что сельское хозяйство служит источником выбросов парниковых газов, в этой отрасли экономики существуют реальные возможности по сокращению эмиссии газов при разработке соответствующей технологии карбо-нового земледелия [5].
Интенсивность почвенного дыхания зависит от большого количества факторов, один из которых - удобрения. Как показывают исследования отказ от использования удобрений приводит к отрицательному балансу углерода в почве. Использование органической системы удобрения приводит к активизации почвенных микроорганизмов и интенсивности продуцирования углекислого газа. Поступление органического углерода с растительными остатками не способно компенсировать потери газообразного углерода из почвы. Применение минеральных удобрений способствует резкому росту урожайности и эмиссии парниковых газов, а также увеличению поступления углерода в почву с растительными остатками [6, 7]. Это свидетельствует о том, что при подборе оптимальной системы удобрений существует реальная возможность получения положительного баланса углерода в почве и снижения выбросов СО2 в аагроценозах.
Цель исследования - установить влияние различных доз минеральных удобрений и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы для снижения его выбросов.
Работу проводили в 2023 г в стационарном опыте кафедры почвоведения и агрохимии государственного аграрного университета Северного Зауралья, заложенном в 1995 г. на территории лесостепной зоны Тюменской области в зерновом севообороте.
Почва опытного участка - чернозем выщелоченный маломощный, тяжелосуглинистый. Содержание органического вещества в пахотном слое высокое - 7,5±0,3 % (ГОСТ 26213). Кислотность почвы характеризуется как слабокислая - 5,6±0,1 ед. рН (ГОСТ Р 58594). Содержание подвиж-
*исследование выполнено на средства гранта Российского научного фонда № 23-76-10005
Ы (D 3 ь
(D
д
(D Ь 5
(D
М О м -ь
ного фосфора - 60±12 мг/ кг и калия 160±20 мг/ кг (ГОСТ 26204).
Применяемая традиционная система земледелия включала такие агротехнические мероприятия, как основная отвальная обработка почвы (ПН-8-35) на глубину 20.. .22 см после уборки предшественника, весеннее боронование в два следа, предпосевное внесение минеральных удобрений (СЗП-3,6) на планируемую урожайность яровой пшеницы методом элементарного баланса) и культивация (КПС-4) на глубину 6.8 см. В качестве удобрений использовали аммиачную селитру ^34) и аммофос (^2Р52). Достаточная обеспеченность почвы подвижным калием позволяла получать урожай до 6,0 т/ га зерна яровой пшеницы без калийных удобрений. После посева (СЗМ-5,4) проводили прикаты-вание кольчато-шпоровыми катками. Норма высева яровой пшеницы 6,0 млн всхожих семян/га.
Схема опыта включала изучение вариантов: без внесения удобрений (контроль); с внесением минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/ га (N^46); 4,0 т/ га (N^4); 5,0 т/ га (N21^,42) и 6,0 т/ га (^70Р,90) зерна яровой пшеницы.
Размер опытных делянок составлял 100 м2, учетных - 50 м2. Опыт заложен в четырехкратном повторении, делянки фиксированные. Для учета эмиссии углекислого газа с участка размером 0,25 м2 срезали культурные растения. На их место устанавливали герметичные сосуды с клапаном фиксированного объема и площади, закопанные в землю на 2 см для предотвращения потерь СО2. По истечении суток проводили измерение содержания диоксида углерода инфракрасным газоанализатором Д777535 через герметичный клапан в трехкратном повторении, а также температуры пахотного слоя
Рис. 1. Погодные условия 2023 г.: — среднее количество осадков; — количество осадков; - • — средняя температура воздуха; • •■•• — температура воздуха.
почвы - электронным термометром. Определяли фоновое количество углекислого газа в воздухе, которое вычитали из полученных экспериментальных величин. Методом перерасчета вычисляли количество эмиссии углекислого газа на гектар в сутки. Статистическую обработку данных проводили по Доспехову (Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Б.и., 1968. 336 с.) с использованием программного обеспечения Microsoft Excel.
Погодные условия 2023 г существенно отличались от средних многолетних значений. В мае температура воздуха отмечена выше среднемно-голетней на 0,5.7,8 °С и дефицит атмосферных осадков - ниже нормы на 37 мм (рис. 1). Начало июня характеризовалось повышенной температурой воздуха (на 8,2 °С выше среднемноголетней), к концу месяца наблюдали ее снижение на 3,0 °С относительно нормы. Осадки выпадали не равномерно: в начале июня дефи-
цит составлял 20 мм, во второй и третьей декаде - на 37 и 8 мм выше нормы. В июле среднесуточная температура воздуха выше нормы на 4,3.6,1 °С, в начале и конце месяца - недостаток выпавших осадков, в то время как в середине июля отмечали превышение нормы на 24 мм. В первой декаде августа на фоне избытка осадков (на 66 мм) наблюдали высокую температуру воздуха, которая к концу месяца опустилась ниже нормы на 2,0 °С. Третья декада августа отмечена дефицитом осадков, составившим 10 мм. Сентябрь характеризовался близкой к среднемноголетний температурой с низким количеством осадков (ниже нормы на 30 мм). До середины октября воздух был теплее среднемноголетних значений на 6,6.5,6 °С, осадки значительно ниже нормы - на 7 мм, в то время как в конце месяца их избыток составил 14 мм.
Температура почвы в течение периода вегетации менялась существенно
25 20 15 10
5
■ I I I I П I I I I I I I I illlll IIIII
и 11.май 25.МЭЙ 10, и юн 24.июн 10. и юл 24.июл 9,эвг 24.Э8Г 5.сен 19 .сен 4,окт 17.0 кт
■ Контроль 9,3 12,4 14,5 16,4 19,2 21,4 19,4 15,4 12,6 11,4 J 10,4 7,3
■ 3,0 т/га (N95P46) 9,3 12,4 14,4 16,2 19,0 21,1 19,5 15,6 12,7 11,5 10,3 7,2
4,0т/га (N153P94) 9,3 12,5 14,4 16,2 19,0 20,8 19,0 15,4 12,7 11,4 10,3 7,2
■ 5,0 т/гэ (N211P142) 9,3 12,3 14,2 16,1 18,9 20,8 19,0 15,4 12,7 11,6 10,3 7,2
■ 6,0 т/гэ (N270P190) 9,3 12,4 14,1 16,0 18,9 20,7 1 19,0 15,6 12,7 11,5 10,4 7,3
Рис. 2. Температура пахотного слоя почвы в посевах яровой пшеницы в 2023 г. (НСР05 - 0,2), °С.
в зависимости от температуры воздуха и интенсивности солнечной радиации. В начале мая в посевах яровой пшеницы фиксировали одинаковый прогрев почвы во всех вариантах - 9,3 °С (рис. 2). Отсутствие различий в температуре почвы связано с тем, что минеральные удобрения не оказали воздействие в этот период на набор биомассы растений, которая создает определенный собственный микроклимат. К концу мая почва прогрелась до 12,3. ..12,5 °С. Повышение её температуры наблюдали до конца июля. К 10 июля в контроле она достигала 21,4 °С, тогда как в вариантах с NP от 4,0 т/ га зерна и выше величина этого показателя отмечена незначительно меньше -в пределах 20,8.20,7 °С. Это связано с тем, что большая биомасса яровой пшеницы в удобренных вариантах затеняет почвенный покров, ограничивая воздействие солнечной радиации на температуру почвы (см. рис. 2).
Максимальная в опыте температура почвы зафиксирована 24 июля и достигала 21,4 °С в контроле, в удобренных вариантах достоверно снижалась до 20,7...21,1°С. Затем её величина закономерно падала из-за уменьшения температуры воздуха. К концу августа температура почвы значительно опустилась на 5,4.6,0 °С относительно уровня 24 июля. К 17 октября это понижение составило 8,1.8,3 °С.
Эмиссия углекислого газа в варианте без использования минеральных удобрений (контроль) в начале второй декады мая - 37,4 кг/ га в сутки (рис. 3). Увеличение доз минеральных удобрений не оказывало достоверного влияния на выбросы СО2: разница с контролем в диапазоне 1,0. .4,0 кг/ га в сутки - в пределах ошибки опыта. Внесенные перед посевом пшеницы удобрения не растворились к этому
времени и не смогли значимо повлиять на активность и численность микробного сообщества почвы.
К концу мая среднесуточное продуцирование углекислого газа в контроле составляло 60,7 кг/ га в сутки, что на 62 % выше, чем в предыдущий период. В вариантах с внесением минеральных удобрений относительно первоначальных измерений отмечали повышение эмиссии СО2 на 68.108 %. Рост продуцирования углекислого газа напрямую связан с увеличением температуры почвы относительно исходных значений. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 т/ га зерна яровой пшеницы способствовало повышению интенсивности дыхания почвы в этот период лишь на 6 %, в сравнении с контролем. В варианте 4,0 т/ га (^53Р94) интенсивность дыхания почвы достоверно больше контроля - на 7,4 кг СО2/га в сутки (12 %). Дальнейшее улучшение уровня минерального питания (на планируемую урожайность 5,0 т/ га ^211Р142) и 6,0 т/ га ^270Р190) зерна яровой1 пшеницы) приводило к росту эмиссии СО2 на 35.41 % относительно контроля. Существенное увеличение выбросов углекислого газа в зависимости от доз минеральных удобрений относительно предыдущего периода может быть связано, в первую очередь, с тем, что к этому времени минеральные удобрения растворились в почве и возросшее количество минерального азота стимулировало развитие або-регенной почвенной микрофлоры, которая способствовала повышению интенсивности дыхания, а также формированию более развитой корневой системой растений в удобренных вариантах, что подтверждается многими исследователями [8, 9, 10].
Это в последствии и будет оказывать наибольшее влияние на уровень эмиссии СО2.
В начале июня выделение диоксида углерода во всех изучаемых вариантах увеличилось на 12.18 % относительно предыдущего измерения. В контроле в течение суток количество выделившегося углекислого газа составляло 67,7 кг/ га. В варианте ^5Р46 интенсивность почвенного дыхания 72,4 кг СО2/ га в сутки, что на 7 % выше контроля. При внесении ^53Р94 (4,0 т/ га зерна) эмиссия СО2 была больше, чем в варианте без использования минеральных удобрений, на 15 %. Увеличение доз до ^„Р142 и ^70Р190 повышало выброс углекислого газа в атмосферу соответственно на 22,3 и 32,8 кг/ га в сутки.
К концу июня выделение углекислого газа возрастало, относительно предыдущего периода, на 2 % в контроле и на 23.42 % - в остальных вариантах опыта. Это связано с тем, что при выращивании без удобрений из-за увеличения биомассы пшеницы содержание доступных форм азота в почве находилось в дефиците, что приводило к снижению её микробиологической активности [11]. В вариантах с использованием минеральных удобрений проблема с нехваткой азота отсутствовала, а благоприятный температурный режим обеспечивал интенсивное развитие аборигенной микрофлоры, что повышало интенсивность эмиссии СО2. В контроле в течение суток в этот период выделялось 69,8 кг СО2/га в сутки, а в удобренных вариантах с увеличением дозы размеры выбросов повышались на 19,1.78,0 кг сО2/га в сутки.
Во всех исследуемых вариантах к 10 июля уровень эмиссии СО2 возрастал на 3.20 %, в сравнении с предыдущим этапом. Этому способствовала высокая температура почвы, что обеспечивало
180,0
¡¡Г 160,0
са
0 s 140,0
1 Ё
5 & 120,0
2
m
100,0 80,0 60,0 40,0 20,0
.J J milm i i
i J j
lililí
и,и И.май 25 .май Ю.июн 24.июн Ю.июл 24.июл 9.авг 24.авг 5.се к 19.сен 4.окг 17.окт
■ Контроль 37,4 60,7 67,7 69,8 83,7 93,2 53,8 41,9 35,1 30,3 20,1 9,3
■ 3,0 т/га (N95? 46) 38,4 64,5 72,4 88,9 97,0 100,4 73,2 47,6 35,9 31,5 20,7 9,2
4,0т/га (РЛ53Р94) 38,5 68,1 77,8 110,8 113,7 116,2 87,4 57,9 36,8 33,1 22,0 9,5
я5,0т/га (ГШ1Р142) 39,4 81,7 96,0 133,9 150,1 156,6 104,4 75,9 42,6 41,5 30,2 10,2
6,От/га (№270Р190) 41,4 85,6 100,5 141,8 160,0 161,5 105,8 85,1 55,9 50,6 36,8 11,2
Рис. 3. Эмиссия СО2 из почвы в зависимости от внесения минеральных удобрений в течение вегетации яровой пшеницы в 2023 г. (НСРд5 — 4,3), кг/га в сутки.
Ы (D 3 ü
(D
д
(D
5
(D
М О м -ь
СЧ О СЧ
Ф ^
Ш
4
ш ^
5
ш СО
интенсивное развитие почвенной био-ты. Выделение углекислого газа в посевах без внесения удобрений достигало 83,7 кг/ га в сутки, что выше предыдущих значений на 20 %. В вариантах ^5Р46 и ^53Р94 оно возрастало до 97,0 и 1133,7 кг СО2/га в сутки, что больше предыдущих измерений лишь на 9 и 3 % соответственно. Максимальная в опыте эмиссия диоксида углерода отмечена при использовании высоких доз удобрений, обеспечивающих сбор урожая 5,0 и 6 т/ га зерна яровой пшеницы -150,1 и 160,0 кг/ га соответственно. Это достоверно превышало эмиссию в предыдущий период (на 16,2 и 18,2 кг СО2/га в сутки) и на 66,4.76,3 кг/ га выше, чем в контроле. Существенное увеличение выбросов углекислого газа в контроле в этот период может быть связано с интенсивностью накопления азота текущей нитрификации в почве и слабым его усвоением яровой пшеницей из-за низкого количества закладываемых репродуктивных органов, что приводило к усилению микробилогической активности почвы и интенсивности дыхания [12, 13]. В вариантах 3,0 т/ га ^95Р46) и 4,0 т/ га (^5зР94), благодаря достаточному содержанию питательных веществ в почве яровой пшеницей сформировано большее количество вегетативных и репродуктивных органов, которые своевременно расходовали накопившийся азот текущей нитрификации. В вариантах с внесением высоких доз минеральных удобрений присутствовал избыток питательных веществ в почве. Азот текущей нитрификации, который максимально накапливался в этот период, оставался доступным почвенной биоте, что вело к повышению эмиссии углекислого газа.
Выбросы СО2 в изучаемых вариантах в конце июля были максимальными в опыте за период вегетации яровой пшеницы и выше предыдущих на 0,9.11,3 %. Это связано в первую очередь с тем, что в этот период зафиксирована наибольшая температура почвы - 20,7.21,4 °С, которая способствовала активизации микрофлоры в пахотном слое и ускорению протекающих биохимических процессов в ней. Вторым фактором, влияющим на увеличение эмиссии, может служить максимально развитая к этому времени корневая система яровой пшеницы, которая интенсивно участвует в газообмене [15]. В контроле эмиссия диоксида углерода достигала 93,2 кг/ га в сутки. В вариантах с минеральным питанием продуцирование углекислого газа с увеличением дозы минеральных удобрений значимо возрастало на 7,2.68,3 кг СО2/га, в сравнении с контролем.
Последующее существенное снижение эмиссии СО2 в посевах яровой пшеницы к концу первой декады августа в контроле составило 42,2 % относительно предыдущего периода,
в удобренных вариантах - на уровне 24,8.34,5 % от предшествующих измерений. В первую очередь это вызвано понижением температуры почвы, что уменьшало активность почвенной биоты, а также содержание доступных форм азота и интенсивность дыхания корней [16].
К концу августа температура почвы понизилась до 15,4.15,6 °С. В результате интенсивность эмиссии углекислого газа в посевах яровой пшеницы в вариантах опыта сократилась на 19,6.34,9 % относительно начала месяца. В контроле продуцирование диоксида углерода составляло 41,9 кг/ га в сутки, в удобренных вариантах величина этого показателя на 14.103 % выше.
Выбросы углекислого газа, зафиксированные 5 сентября, отмечены ниже относительно измерений в конце августа на 16,2.43,9 %, что объясняется существенным снижением температуры почвы до 12,6.12,7 °С. В варианте без использования удобрений продуцирование диоксида углерода посевами пшеницы составило 35,1 кг/ га в сутки, при внесении ^5Р46 и ^53Р94 - выше лишь на 2 и 5 % соответственно, что не имело, однако, существенных различий с контролем. Это связано с тем, что в этих вариантах была достигнута планируемая урожайность, большая часть питательных веществ из почвы к этому периоду усвоена растениями пшеницы. В вариантах ^ПР142 и ^70Р190 планируемой урожайности не достигли по причине неблагоприятных погодных условий, а именно, недостаточного количества осадков в период закладки репродуктивных органов яровой пшеницы. В результате этого избыток неиспользованных питательных веществ sв этот период времени оказывал стимулирующее действие на интенсивность дыхания почвенной биоты. Эмиссия диоксида углерода здесь составляла 42,6 и 55,9 кг/ га в сутки, что выше величины в контроле на 21 и 59 % соответственно.
К 19 сентября интенсивность эмиссии углекислого газа сократилась относительно предыдущих значений на 2,7.13,6 %. В контроле эмиссия СО2 снизилась до 30,3 кг/ га в сутки, а в вариантах с применением удобрений повысилась, по сравнению с ним, на 4.49 %. При этом внесение NP, обеспечивающее 3,0 и 4,0 т/ га зерна яровой пшеницы, способствовало продуцированию углекислого газа в количестве 31,5 и 33,1 кг/ га в сутки соответственно, что ниже величин предыдущего периода на 12,3 и 10,1 %. При использовании высоких доз ^ПР142 и ^70Р190 снижение составляло 2,7 и 9,5 %. Существенное уменьшение эмиссии диоксида углерода в варианте 4,0 т/ га (^53Р94), в сравнении с более высоким минеральным фоном связано с тем, что на этих участках растения полностью усвоили внесенные расчетные нормы питательных веществ в результате формирования планируемой урожайности. Это привело к существенному уменьшению количества микробной массы почвы и, как следствие, интенсивности продуцирования СО2 [17].
Температура почвы, измеренная 4 октября в слое почвы под стерней, оставленной после уборки яровой пшеницы (22 сентября), составляла около 10,3 °С, что способствовало снижению активности почвенной микрофлоры. Отсутствие надземной вегетативной массы яровой пшеницы также оказало непосредственное влияние на уменьшение интенсивности корневого дыхания. В результате этого продуцирование диоксида углерода существенно снижалось во всех вариантах опыта - на 27,1.34,3 % относительно измерений, проведенных 19 сентября. В контроле в этот период в течение суток в среднем выделялось на 10,2 кг СО2/га в сутки меньше, чем 19 сентября. В вариантах 3,0 т/ га ^95Р46) и 4,0 т/ га (^53Р94) зерна снижение эмиссии относительно предыдущих измерений составило 10,8
Рис. 4. Суммарная эмиссия углекислого газа за период вегетации яровой пшеницы в зависимости от минеральных удобрений, кг/га.
Результаты двухфакторного дисперсионного анализа эмиссии углекислого газа при использовании различных доз минеральных удобрений
Источник вариации Сумма квадратов Степень свободы Дисперсия Fф факт. F теор. Влияние %
Доза удобрений 33933 4 8483 1200 2,5 11,6
Температура 239970 11 21815 3087 1,9 81,8
почвы
Взаимодействие 18506 44 421 60 1,5 6,3
и 11,1 кг СО2/га в сутки. Достоверных изменений величины показателя относительно контроля в этот период времени не наблюдали. При внесении высоких доз ^211Р142 и ^70Р190) удобрений продуцирование углекислого газа отмечено выше контроля на 10,1 (50 %) и 16,7 кг СО2/га в сутки (83 %) соответственно. 2
Основную отвальную обработку почвы на исследуемом опытном участке осуществили 6 октября. В дальнейшем измерения проводили на фиксированных делянках без стерни. Температура пахотного слоя 0.30 см в следующий контрольный период находилась в диапазоне от 7,2.7,3 °С. Интенсивность эмиссии углекислого газа, несмотря на улучшение аэрации пахотного слоя, сократилась на 53,9.69,6 % относительно предыдущего этапа. В варианте без применения удобрений продуцирование СО2 составило 9,3 кг/ га в сутки. В удобренных вариантах существенных отличий не отмечено, отклонения от контроля - в диапазоне погрешности исследований.
В результате дисперсионного анализа двухфакторного опыта установлено, что доля влияния минеральных удобрений в интенсивности продуцирования углекислого газа в течение вегетации составляла 11,6 %, тогда как воздействие температуры почвы на процесс эмиссии СО2 - 81,8 % (см. табл.). 2
Суммарно за период вегетации в контроле продуцировалось 8779 кг СО2/га, что соответствовало выделению 2396 кг/ га чистого углерода (рис. 4).
Применение минеральных удобрений способствовало значительному повышению уровня эмиссии углекислого газа - на 13.73 % относительно контроля. Это происходило из-за ряда причин. Во-первых, минеральные удобрения, поступившие в почву, оказывали стимулирующее действие на микрофлору почвы, которая способствовала ускорению биохимических процессов, проходящих в почве, что приводило к увеличению интенсивность продуцирования диоксида углерода. Во-вторых, корневая система яровой пшеницы, оказывающая существенное влияние на процесс газообмена, в удобренных вариантах опыта развивалась интенсивнее. В-третьих, внесение различных доз минеральных удобрений способствовало формированию вегетативной массы культуры и, как следствие, по-
ступлению в почву большего количества растительных остатков, которые также влияли на повышение численности почвенных микроорганизмов. В вариантах с использованием удобрений в дозах ^5Р46 и ^53Р94 выделение СО2 на 1149 и 2520 кг/ га выше контроля (на 13.29 %). При внесении высоких доз ^211Р142 и ^70Р190) из-за недополу-
минеральных удобрений и эмиссией углекислого газа в посевах яровой пшеницы (г=0,96). Каждый внесенный 1 кг/ га минеральных удобрений в действующем веществе повышал выбросы углерода в виде СО2 относительно варианта без использования удобрений на 14,88 кг/ га за вегетационный период (рис. 5).
В результате корреляционного анализа выявлена высокая зависимость эмиссии СО2 от температуры почвы в зерновом агрофитоценозе (г=0,78). Исходя из уравнения регрессии в посевах яровой пшеницы с различными дозами минеральных удобрений повышение температуры почвы на 1 °С увеличивало продуцирование СО2 на 7,1 кг/ га в сутки (рис. 6).
Рис. 5. Взаимосвязь доз минеральных удобрений и эмиссии СО2 в посевах яровой пшеницы в течение вегетации.
ченной планируемой урожайности значительная часть питательных веществ осталась в почве не использованная. Это способствовало повышению эмиссии углекислого газа во второй половине вегетации на 61 и 73 % соответственно.
Установлена высокая корреляционная зависимость между дозами
Таким образом, эмиссия диоксида углерода в течение вегетации яровой пшеницы существенно изменялась в зависимости от доз минеральных удобрений и температуры почвы. В начальный период развития культуры внесение удобрений не оказывало значимого влияния на продуцирование СО величина которого состав-
180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20.0 0,0
у /,1Ю37Х -Я'= 0.61 А- ♦ *
♦
А ♦ ♦ .... \
> $ ♦ V-- ♦
1 ^ ♦
♦
11
13 15 17 Температура почвы, 'К
19
21
23
25
Рис. 6. Взаимосвязь температуры почвы и эмиссии углекислого газа в посевах яровой пшеницы при использовании возрастающих доз минеральных удобрений.
Ы
Ф
з
ь
ф
д
ф ь
Ф
М О м -ь
«i СЧ О СЧ
Ф
S ^
ш
4
ш ^
5
ш со
ляла 37,4.41,4 кг/ га в сутки. С повышением температуры почвы с 12,4 до 21,4 °С в контроле суточная эмиссия углекислого газа увеличивалась с 60,7 до 93,2 кг СО2/га. В дальнейшем с понижение температуры почвы до 7,3 °С величина этого показателя уменьшалась до 9,3 кг/ га. В варианте с внесением удобрений в дозе N95P46 в период с 10 июня по 24 августа эмиссия диоксида углерода была на 6,9.36,1 % выше, чем в контроле. Применение удобрений в дозе N153P94 увеличивало выбросы диоксида углерода, относительно контроля, в период с 25 мая по 24 августа на 12,2.62,5 %. При внесении N211P142 суточная эмиссия повышалась, относительно контроля, с 25 мая по 4 октября на 21,4.91,8 %. В этот же период в варианте с максимальной изучаемой дозой N270P190 среднесуточное продуцирование диоксида углерода было выше контроля на 41,0.103,2 %. С мая по октябрь в посевах яровой пшеницы в контроле в сумме выделилось 8779 кг СО2/ га, внесение минеральных удобрений способствовало росту величины этого показателя на 13.73 %. Внесение 1 кг действующего вещества минеральных удобрений на 1 га вызывало рост выброса диоксида углерода за вегетацию на 14,9 кг Повышение температуры почвы на 1 °С увеличивало эмиссию CO2 на 7,1 кг /га в сутки.
Литература
1. Diaz D., Moore F. Quantifying the economic risks of climate change / Nature Climate Change. 2017. Vol. 7. P. 774-782. URL: https://www.nature.com/articles/ncli-mate3411 (дата обращения: 12.10.2023). doi: 10.1038/nclimate3411.
2. Замолодчиков Д. Г. Углеродный цикл и изменения климата // Окружающая среда и энерговедение. 2021. № 2(10). С. 53-69. doi: 10.5281/zenodo.509459.
3. 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: 10.19047/01361694-2019-98-185-202.
4. Сафин Р. И., Валиев А. Р., Колесар В. А. Современное состояние и перспективы развития углеродного земледелия в Республике Татарстан // Вестник Казанского ГАУ. 2021. Т. 16. № 3(63). С. 7-13. doi: 10.12737/2073-0462-2021-7-13.
5. Битва за климат: карбоновое земледелие как ставка России: экспертный доклад / А. Ю. Иванов, Н. Д. Дурманов, М. П. Орлов и др. Москва: Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», 2021. 120 с.
6. Carbon Storage Potential and Carbon Dioxide Emissions from Mineral-Fertilized and Manured Soil / T. Sosulski, A. K. Srivas-tava, H. E. Ahrends, et al. // Applied Sciences. 2023. No. 7. 4620. URL: https://www.mdpi. com/2076-3417/13/7/4620 (дата обращения: 18.12.2023). doi:10.3390/app13074620.
7. Еремин Д. И., Демин Е. А. Влияние длительного сельскохозяйственного использования на запасы органического углерода в черноземе выщелоченном // Земледелие. 2023. № 4. С. 35-39. doi: 10.24412/0044-3913-2023-4-35-39.
8. Демина О. Н., Еремин Д. И. Влияние минеральных удобрений на изменение численности педотрофной микрофлоры пахотного чернозёма выщелоченного // Вестник Воронежского ГАУ. 2020. Т. 13. № 4(67). С. 198-205. doi: 10.17238^п2071-2243.2020.4.198.
9. Демина О. Н., Еремин Д. И. Влияние минеральных удобрений на микрофлору пахотного чернозема лесостепной зоны Зауралья // Вестник КрасГАУ. 2020. № 2(155). С. 63-71. doi: 10.36718/1819-40362020-2-63-71.
10. Ахметов Ш. И., Иванов Д. И. Влияние механического уплотнения и средств химизации на развитие корневой системы сельскохозяйственных культур // Вестник Алтайского ГАУ. 2014. 4(114). С. 33-38.
11. Демина О. Н. Влияние минеральных удобрений на биологическую активность чернозёма выщелоченного лесостепной зоны Зауралья: диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. Тюмень, 2021. 151 с.
12. Демина О. Н., Еремин Д. И. Влияние минеральных удобрений на нитрификацию чернозема выщелоченного в лесостепи Зауралья // Плодородие. 2021. № 1(118). С. 16-20. doi: 10.25680/ S19948603.2021.118.05.
13. Кочкина А. В. Процессы аммонификации и нитрификации в почве // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2016. № 4. С. 9-14.
14. Еремин Д. И., Ахтямова А. А. Минерализация гумуса в пахотном черноземе при использовании минеральных удобрений // Земледелие. 2018. № 7. С. 16-18. doi: 10.24411/0044-3913-2018-10704.
15. Динамика развития корневой системы яровой пшеницы в условиях активного проявления засух и различной обеспеченности элементами питания растений / И. Ф. Медведев, Ф. В. Сиренко, В. И. Ефимова и др. // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 8. С. 6-10.
16. Саржанов Д. А., Васенев И. И., Ва-лентини Р. Анализ пространственного разнообразия и временной динамики почвенных потоков парниковых газов (С02, СН4, Ы20) в условиях представительных урбоэкосистем г. Курска // АгроЭкоИнфо. 2015. № 6(22). С. 6.
17. Моисеева М. Н., Еремин Д.И. Влияние минеральных удобрений на накопление азота в зерне и соломе овса в лесостепи Зауралья // Достижения науки и техники АПК. 2023. Т. 37. № 2. С. 9-16. doi: 10.53859/02352451_2023_37_2_9.
The influence of mineral fertilizers and soil temperature on carbon dioxide emissions in spring
wheat crops in the forest-steppe zone of the TransUrals
E.A. Djomin, S.S. Miller, A.A. Ahtjamova
State Agrarian University of the Northern Trans-Urals, Roshchinskoe sh., 18, Tyumen', 625041, Russian Federation
Abstract. Global climate change is leading to the emergence of new challenges aimed at solving the problem of greenhouse gas emissions. Agriculture is responsible for up to 45 % of carbon dioxide emissions. The study was carried out to determine the effect of different doses of mineral fertilizers and soil temperature on carbon dioxide emissions in spring wheat crops. The experimental design included the following options: without fertilizers (control); application of mineral fertilizers for a planned yield of 3.01/ha (N95P46); 4.0 t/ha (Nispj; 5.0 t/ha (N„,P,J and
6.0 t/ha (N270P190) grain. At the beginning of the spring wheat growing season, mineral fertilizers had no effect on CO2 emissions, which varied in the range of 37.4-41.4 kg/ ha per day. With an increase in soil temperature from 12.4 to 21.4 °C in the control, the production of carbon dioxide increased, relative to the initial measurements, by 23.355.8 kg/ha per day. With a decrease in soil temperature from 19.4 to 7.3 °C, the value of this indicator decreased to 53.8-9.3 kg/ ha. The addition of N95P46 led to an increase in CO2 emissions in the period from June 10 to August 24, relative to the control, by 6.936.1 %. The dose of N153P94 contributed to an increase in average daily emissions in the period from May 25 to August 24, compared to the control, by 12.2-62.5 %. When using N211P142, an increase in emission by 21.491.8 %, relative to the control, was observed from the end of May to the beginning of October. The addition of N70P190 contributed to an increase in carbon dioxide production during this period by 41.0-103.2 % relative to the control. The amount of CO2 released during the growing season of the crop in the control reached 8779 kg CO/ha, the use of fertilizers increased it by 13-73 %. When applying 1 kg of the active substance of mineral fertilizers per 1 ha, CO2 emissions during the growing season increase by 14.9 kg, and with an increase in soil temperature by 1 °C - by
7.1 kg/ha per day.
Key words: carbon dioxide; emissions; mineral fertilizers; soil temperature; spring wheat.
Author Details: E.A. Djomin, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow (e-mail: gam-bitn2013@yandex.ru); S.S. Miller, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.; A.A. Ahtjamova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow.
For citation: Djomin EA, Miller SS, Ahtjamova AA. [The influence of mineral fertilizers and soil temperature on carbon dioxide emissions in spring wheat crops in the forest-steppe zone of the TransUrals]. Zemledelie. 2024;(1):17-22. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2024-1-17-22 ■
