CC BY
0
СЫ: 10.24412/0044-3913-2024-4-13-18 УДК:631.433.3: 631.5
Влияние различных способов обработки 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
Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Рощинское ш., 18, Тюмень, 625041, Российская Федерация
Одна из основных задач мирового научного сообщества - решение проблемы глобального изменения климата. Доля сельского хозяйства в выбросах углекислого газа антропогенного характера может достигать значительных величин. Цель исследования - установить влияние различных способов обработки и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы для снижения выброса диоксида углерода. Работу выполняли в 2023 г. в Тюменской области в условиях лесостепной зоны Зауралья. Схема опыта предусматривала применение следующих способов обработки почвы: отвальный (контроль) - вспашка ПН-8-35 на глубину 20...22 см; безотвальный - рыхление ПЧН-2,3 на 20.22 см; нулевой - без основной обработки. В начале развития яровой пшеницы скорость продуцирования СО2 при использовании отвального способа основной обработки почвы достигала 36,0 кг/га в сутки. Увеличение температуры почвы с 12,4 до 21,3 0С способствовало повышению скорости суточной эмиссии диоксида углерода с 71,2 до 105,5 кг/га. Дальнейшее снижение температуры почвы до 7,2 0С приводило к уменьшению её уровня до 10,3 кг/га в сутки. В варианте с безотвальной обработкой существенных различий в среднесуточной эмиссии диоксида углерода относительно вспашки не отмечали. Отсутствие обработки почвы обеспечивало сокращение скорости газообразных потерь углерода в виде СО2 на 4,8.55,3 %, в сравнении с контролем. Суммарная эмиссия СО2 с мая по октябрь на фоне вспашки составляла 10402 кг/га, в варианте с нулевой обработкой величина этого показателя сокращалась на 18 %. Доля влияния способа обработки почвы в формировании газообразных потерь
углерода в посевах яровой пшеницы составляла 2,1 %, температуры почвы -97,1 %. Повышение температуры почвы на 10С на фоне вспашки приводило к росту суточной эмиссии СО2 на 6,25 кг/га, при использовании безотвального и нулевого способа - на 6,38 и 5,82 кг СО/га в сутки соответственно.
Ключевые слова: углекислый газ, эмиссия, способ обработки почвы, температура почвы, яровая пшеница.
Для цитирования: ДёминЕ. А., Миллер С. С. Влияние различных способов обработки и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Земледелие. 2024. № 4. С. 13-18. бок 10.24412/0044-3913-2024-4-13-18.
На сегодняшний день перед мировым сообществом поставлено множество глобальных проблем, одна из которых - стремительное изменение климата. Основным источником, влияющим на перемену климата принято считать климатически активные газы, к которым относят диоксид углерода, метан, закись азота и др. [1]. Сельское хозяйство находится в одном ряду с высокотехнологическими предприятиями по количеству выбросов парниковых газов в атмосферу. По мнению некоторых исследователей доля сельского хозяйства в глобальной эмиссии климатически активных газов антропогенного характера составляет порядка 25...30 % от общего мирового количества [2, 3]. При этом практически половину всех выбросов диоксида углерода и закиси азота связывают с отраслью АПК [4, 5]. Несмотря на высокий вклад сельского хозяйства в изменение климата, существует реальная возможность по снижению выделения парниковых газов в атмосферу при разработке соответствующей системы карбонового земледелия.
В 2015 г. на Конвенции сторон ООН в Париже для решения проблемы глобального изменения климата принята концепция «4 промилле», которая подразумеваетувеличение поглощения углерода почвами, во-
влеченными в сельское хозяйство. По мнению её разработчиков ежегодное повышение запасов органического углерода в пахотных почвах на 0,4 % компенсирует все общемировые выбросы климатически активных газов антропогенного характера [6, 7].
Скорость эмиссии диоксида углерода в пахотных почвах зависит от ряда факторов, таких как почвенно-климатчиеские условия, интенсивность системы земледелия, количество средств химизации, агротехнологические приемы, к которым можно отнести способы основной обработки почвы [8, 9].
Исследования, проведенные в различных регионах России, а также зарубежом доказывают, что не существует единого рекомендуемого способа основной обработки почвы, который можно было бы применять на всех пахотных почвах мира. Некоторые авторы в своих работах отмечают, что скорость продуцирования углекислого газа при использовании отвального способа основной обработки почвы выше, чем при безотвальном рыхлении и технологи пс-^И, делая акцент на том, что улучшение аэрации в результате оборота пласта усиливает процесс минерализации органического вещества [10]. Однако другие ученые отмечают обратную тенденцию - интенсивность эмиссии диоксида углерода в некоторых случаях выше при отказе от основной обработки почвы [11]. Наиболее интересные результаты представлены в ходе мета-анализа большого количества мировых исследований [12]. Установлено, что в среднем по миру технология нулевой обработки почвы проигрывает традиционному отвальному способу, что зависит от различных почвенно-климатических условий. Таким образом, сегодня в научном сообществе ведется дискуссия по оптимальному способу основной обработки почвы для снижения эмиссии СО2 и увеличения углерод-секвестрирующей способности пахотных почв.
Цель исследования - установить влияние различных способов обработки и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы для снижения выброса диоксида углерода.
Исследование проводили в 2023 г. на основе длительного стационарного опыта кафедры земледелия ГАУ Северного Зауралья, заложенного с 2000 г. в условиях лесостепной зоны Тюменской области в зернопаровом севообороте в посевах яровой пшеницы.
Почвенный покров опытного участка представлен черноземом выщелоченным маломощным тя-
со
(D 3 ь
(D д
(D Ь 5
(D
2
О м -ь
СЧ О СЧ
Ф
S ^
Ш
Ш ^
5
Ш
CO
Рис. 1. Погодныеусловия 2023 г.:^ш—среднее количество осадкое;^ш-количество осадков 2023 г.;-» — средняя температура воздуха; - ■ — температура воздуха 2023 г.
желосуглинистым. Основные агрохимические характеристики: содержание органического вещества - 4,1 ±0,7 % (ГОСТ 26213); обменная кислотность 5,6±0,3 ед. рН (ГОСТ Р 58594); содержание подвижного фосфора - 79±18 мг/кг и калия 160±35 мг/кг (ГОСТ 26204).
Схема опыта включала изучение температуры слоя 0...30 см в течение вегетации на фоне различных способов основной обработки почвы: отвальный - вспашка ПН-8-35 на глубину 20.22 см; безотвальный - рыхление ПЧН-2,3 на глубину 20.22 см; нулевой - основную обработку почвы не проводили. Весенняя обработка предусматривала проведение боронования в два следа (БЗСС-1,0). При отвальном и безотвальном способе осуществляли предпосевную культивацию (КПС-4) на глубину 6.8 см и посев СЗМ-5,4 на 5.7 см, при нулевой технологии - прямой посев СКП-2,1. Одновременно с посевом яровой пшеницы сорта Новосибирская 31 (6,0 млн семян/га) во всех вариантах вносили азотные удобрения в виде аммиачной селитры (1М34) с дозой 70 кг/га в действующем веществе.
Опыт закладывали в четырехкратном повторении, делянки фиксированные на протяжении всего периода стационара. Площадь опытных делянок 100 м2, учетных 50 м2. Учет эмиссии СО2 проводили каждые 15.16 суток. Для этого с участка размером 0,25 м2 срезали культурные растения, устанавливали герметичные сосуды с клапаном фиксированного объема и площади, закопанные в землю на 2 см для предотвращения газообразных потерь. По истечении суток определяли эмиссию инфракрасным газоанализатором Д777535 в трехкратном повторении. В дальнейшем измеряли фоновое содержание углекислого газа в воздухе, которое вычитали из экс-
периментальных величин. Методом перерасчета устанавливали количество эмиссии углекислого газа на гектар в сутки. Одновременно с определением выделений диоксида углерода проводили измерение температуры почвы электронным почвенным термометром на глубине 0.30 см в трехкратном повторении. Статистическую обработку данных осуществляли по До-спехову (Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. М.: Б.и., 1968, 336 с.) с использованием программного обеспечения Microsoft Excel.
Погодные условия периода исследования значительно отличались от среднемноголетних параметров. Май и начало июня 2023 г. отмечены дефицитом осадков (на 37 и 20 мм ниже нормы) и повышенной температурой воздуха (рис. 1).
Во второй и третьей декаде июня осадков выпало на 37 и 8 мм выше нормы, температура воздуха при этом ниже среднемноголетних величин на 2.3 0С. В июле количество осадков ниже нормы на 24 мм в первой декаде и на 21 мм - в третьей, в то время как в середине месяца
отмечали их избыток, который составлял 24 мм. Температуру воздуха при этом фиксировали выше нормы на 4,3.6,1 0С.
В начале августа наблюдали избыточное увлажнение - в 4 раза выше нормы. Температура воздуха в впервой и второй декадах выше среднемноголетних величин на 4,0 и 1,3 0С соответственно, а в третьей - ниже нормы на 2,0 0С. Со второй декады августа и до конца сентября сложились засушливые условия на фоне повышенной температуры воздуха с середины сентября до середины октября - выше среднемноголетних на 4,7.6,6 0С.
В начале мая температура почвы в посевах при отвальной вспашке (контроль) составляла 9,3 0С, в варианте с безотвальной обработкой существенных различий с контролем не наблюдали. Нулевая технология обработки почвы способствовала снижению температуры почвы относительно контроля на 0,6 0С из-за мульчирующего слоя соломы, который препятствовал её прогреву (рис. 2).
К концу мая из-за повышения температуры воздуха температура почвы возросла на 3,1.3,5 0С относительно предыдущего измерения, отклонения по вариантам при этом были не значительны. Отсутствие влияния способа основной обработки почвы на температуру пахотного слоя наблюдали до 10 июня, когда во всех изучаемых вариантах почва прогрелась до 14,4.14,6 0С, что выше, чем в предыдущем периоде на 2,0.2,2 0С.
К 24 июня температура почвы в посевах культуры при отвальном способе основной обработки почвы увеличилась на 1,8 0С относительно 10 июня и достигла 16,2 0С. К этому времени существенных отличий в температуре пахотного слоя относительно контроля в варианте с безотвальным рыхлением не наблюдали (отклонения в пределах ошибки опыта). При нулевой об-
Рис. 2. Температура пахотного слоя почвы в посевах яровой пшеницы в 2023 г.
(НСР05-0,4), 0С.
Рис. 3. Эмиссия С02 из почвы в зависимости от обработки в течение вегетации яровой пшеницы в 2023 г. (НСРд5 - 2,9), кг/га в сутки.
работке температура почвы отмечена существенно выше контроля -на 0,7 0С. Повышение её величины в этом варианте может быть связано со слабым набором биомассы растениями яровой пшеницы и более эффективным участием солнечной радиации в прогреве почвы.
К 10 июля температура почвы возросла на фоне вспашки еще на 2,8 0С и достигла 19,0 0С. В остальных вариантах (с рыхлением и без основной обработки) фиксировали её значимое увеличение относительно контроля на 0,5 и 0,7 0С соответственно. Это объясняется тем, что оборот пласта при отвальном способе улучшает аэрацию, и, как показывают исследования, увеличивает интенсивность накопления азота текущей нитрификации, что обеспечивает лучшее развитие листовой массы растениями яровой пшеницы и затенение почвы. В результате этого солнечная радиация оказывает меньшее воздействие на прогрев почвы.
К концу июля наблюдали максимальную в опыте температуру почвы - 21,3.21,7 0С. При этом существенные отличия по величине показателя в изучаемых вариантах отсутствовали, так как в это время яровая пшеница набирает достаточно большую биомассу, создающую определенный собственный микроклимат в посевах, что ограничивает прямое воздействие солнечной радиации на нагревание поверхности почвы.
В первой декаде августа температура почвы в посевах культуры опустилась на 0,9.1,0 0С относительно предыдущего периода.
К концу августа её понижение при отвальном способе обработки составило 3,4 0С, в сравнении с температурой в начале месяца, при безотвальной - 4 0С, при нулевой - 4,6 0С. При этом в варианте с рыхлением и без обработки температура отмечена существенно ниже контроля - на 0,5 и 0,9 0С.
Это может быть связано с тем, что меньшая вегетативная масса хуже смыкала междурядья в этих вариантах, в результате чего холодные ветра (среднесуточная температура воздуха на 2 0С ниже нормы) приводили к более интенсивному охлаждению почвы.
В дальнейшем температура пахотного слоя почвы в посевах культуры продолжала опускаться до 7,1.7,2 0С, при этом достоверного влияния способов основной обработки почвы на изменение её величины по вариантам опыта не наблюдали.
Ежегодный оборот пласта при проведении отвальной обработки почвы способствует улучшению аэрации пахотного слоя, что, как отмечают исследователи, приводит к усилению процесса минерализации органического вещества [13]. В связи с этим увеличивается и эмиссия диоксида углерода.
В первой декаде мая при отвальном способе основной обработки почвы продуцирование СО2 составляло 36,0 кг/га в сутки (рис. 3). Существенных различий с безотвальным фоном не наблюдали -отклонения величины показателя отмечены в пределах погрешности исследования (НСР05=2,9 кг СО2/га в сутки), что связано с практически равным уровнем температуры почвы в этих вариантах обработки. При этом проведение рыхления также способствовало насыщению почвы кислородом, что в совокупности приводило к одинаковой скорости газообразных потерь углерода. В варианте с нулевой обработкой почвы отмечали значимое снижение скорости продуцирования диоксида углерода на 23 % относительно отвального способа обработки почвы. Во-первых, благодаря оставшемуся на поверхности мульчирующему слою соломы, который затруднял прогревание почвы, происходило уменьшение активности почвенной биоты и ее
дыхания. Вторым фактором может служить то, что как показывают исследования, отсутствие обработки почвы приводит к ухудшению её агрофизических свойств и аэрации, что также снижает микробиологическую активность почвы [14].
В конце мая скорость эмиссии диоксида углерода при использовании отвального способа основной обработки почвы возросла на 98 % относительно предыдущих измерений и составила 71,2 кг/га в сутки. При возделывании пшеницы с безотвальным способом основной обработки в этот период существенных различий с традиционным способом не наблюдали. В варианте с нулевой обработкой почвы скорость продуцирования диоксида углерода увеличилась на 92 % относительно предыдущего периода, однако, несмотря на одинаковую температуру почвы, была ниже контроля на 25 %. Это может быть связано с тем, что растительные остатки находились в верхнем слое почвы (0.10 см), что приводило к интенсивному увеличению микробной массы лишь в этом слое. В то время как при отвальном и безотвальном способе обработки почвы растительные остатки попадают в нижележащие горизонты, что способствует увеличению количества микробной массы по всему обрабатываемому слою, обеспечивает высокую биологическую активность почвы и большую скорость продуцирования СО2. Дополнительным фактором может служить то, что на нулевом фоне достаточное количество кислорода находится лишь в верхнем слое, а в нижележащих его недостаток приводит к угнетению аэробной почвенной биоты.
В дальнейшем с повышением температуры почвы до 14,4.14,8 0С эмиссия углекислого газа возрастала. Так, к 10 июня скорость продуцирования диоксида углерода в варианте вспашки составила 76,7 кг СО2/ га в сутки, что выше предыдущего измерения на 8 %. Безотвальное рыхление не оказало существенно отличающегося от контрольного варианта воздействия на выделение СО2. В посевах пшеницы с нулевой технологией обработки почвы эмиссия оксида углерода увеличилась на 20 % относительно предыдущих измерений и достигала 63,8 кг/га в сутки. В конце июня прогрев почвы до 16,2 0С способствовал повышению выработки газа при использовании отвального способа обработки почвы на 19 % относительно прошлого измерения. В варианте с безотвальным рыхлением рост эмиссии СО2 относительно предыдущего периода составил 22%,
и
ф
з
ь
ф
д
ф ь
Ф
-Ь 2 О м -ь
Результаты двухфакторного дисперсионного анализа эмиссии углекислого газа при различных способах обработки почвы
сч о
СЧ
«а-
о ^
Ф
4
Ш ^
5
ш СО
Источник вариации Сумма квадратов Степень свободы Дисперсия Fф факт. F теор. Влияние %
Способ обработки 2322 2 1161 371 3,1 2,1
почвы
Температура почвы 105396 11 9581 3060 1,9 97,1
Взаимодействие 578 22 26 8 1,7 0,5
при этом существенных отличий со вспашкой не выявлено. В посевах с нулевой технологией обработки почвы скорость газообразных потерь углерода увеличилась относительно прошлого периода на 36 %, однако была ниже варианта с отвальным способом обработки почвы на 4,4 кг СО2/ га в сутки. В этот период температура почвы в варианте без основной обработки становится выше на 0,7 0С, чем на фоне вспашки, что приводит к более интенсивному развитию почвенной микрофлоры и скорости минерализации органического вещества и, как следствие, способствует росту выработки диоксида углерода.
В начале июля эмиссия СО2 увеличивалась на 12,1 кг СО2/га в сутки относительно предыдущего измерения в варианте с отвальным способом обработки почвы и на 12,8 кг/га в сутки - с безотвальным. В это время в посевах с нулевой обработкой почвы этот величина показателя повысилась лишь на 6,2 кг СО2/га в сутки - на 10 % ниже контроля. К концу месяца отмечали наибольшую температуру пахотного слоя - 21,3.21,7 0С. Однако скорость эмиссии СО2 во всех изучаемых вариантах существенно не отличалась от предыдущего периода.
В первой декаде августа эмиссия диоксида углерода сократилась на 26 % (до уровня 78,0 кг СО2/га в сутки) в варианте с отвальной вспашкой и на 27 % - с безотвальным рыхлением (до 77,0 кг/га) относительно июля. При этом существенных различий по показателю между вариантами обработки почвы не наблюдали. В посевах культуры при отсутствии основной обработки почвы выделение углекислого газа сократилось до 62,7 кг/га в сутки, что меньше предыдущих измерений на 34 %, а относительно отвального фона -на 20 %. Значительное падение скорости продуцирования СО2 во всех изучаемых вариантах обработки связано в первую очередь с тем, что температура почвы начинает опускаться ниже оптимальной для развития почвенной микрофлоры величины (20.30 0С), что приводит к снижению активности почвенной биоты [15]. К тому же, в связи с созреванием зерна яровой пшеницы вклад корневой системы в почвен-
ный газообмен в это время уменьшается, а большая часть растительных остатков, поступивших осенью в почву с предшественником, переработана почвенной биотой, что ведет к сокращению ее численности.
В дальнейшем с понижением температуры почвы закономерно во всех изучаемых вариантах снижалась скорость эмиссии СО2: при отвальной обработке почвы - на 30,6 кг СО2/га в сутки относительно предыдущего периода; при рыхлении - впервые за период исследования на 8 % ниже контроля. В варианте с нулевой обработкой почвы продуцирование СО2 отмечено меньше на 29 %, чем при вспашке, и на 46 %, в сравнении с предыдущим измерением 9 августа.
В начале осени (5 сентября) благодаря снижению температуры почвы эмиссия СО2 сократилась в посевах на фоне отвальной и безотвальной обработок относительно августа на 20.22 %, на фоне нулевой - на 31 %. Стоит отметить, что температура почвы 5 сентября и 25 мая была примерна одинаковой, однако скорость эмиссии СО2 весной примерно в 2 раза выше. Это может быть связано с растительными остатками, количество которых весной в почве значительно больше из-за сохранившейся на полях с осени соломы. Дополнительной причиной может служить то, что весной содержание азота в соломе значительно выше, чем в летний период,что приводит к активизации почвенной биоты [16].
Во второй декаде сентября на фоне понижения температуры почвы на 1,0.1,1 0С относительно предыдущего периода фиксирова-
ли значимое сокращение скорости эмиссии СО2: в варианте с отвальным способом обработки почвы на 6,0 кг СО2/га в сутки; с безотвальным рыхлением - на 4,8 кг/га. В то время как в посевах с нулевой технологией обработки почвы существенного уменьшения величины показателя не наблюдали.
В начале октября скорость эмиссии СО2 из-за значительного снижения активности почвенной биоты в результате понижения температуры до 10,4.10,1 0С, сократилась на 23 % на фоне вспашки, на 41 % -на фоне рыхления и на 51 % - при отсутствии основной обработки почвы. Ближе к концу месяца температура почвы прошла биологический минимум и опустилась до 7,1.7,3 0С, что привело к практически полной остановке активности почвенной биоты. В результате этого скорость эмиссии упала до минимальной в опыте величины - 7,5.10,3 кг СО2/ га в сутки вне зависимости от способа обработки.
Доля влияния способов основной обработки почвы в скорости продуцирования диоксидауглеро-да в посевах яровой пшеницы составляла 2,1 % (см. табл.). В то время как доля влияния температуры почвы в эмиссии С02 в зерновом агроценозе достигала 97,1 %.
Суммарный уровень выделения СО2 в посевах яровой пшеницы (с мая по октябрь) при использовании отвального способа основной обработки почвы составил 10402 кг/га (рис. 4).
В варианте безотвального рыхления существенных отличий в суммарных газообразных потерях углерода за вегетацию относительно контроля не наблюдали. При отказе от обработки почвы отмечено снижение продуцирования углерода на 18 %, в сравнении с отвальной обработкой. Подобная тенденция отмечается во множестве научных работ и объясняется активизацией почвенной биоты при проведении вспашки по всему
Рис. 4. Суммарная эмиссияугпекислого газа за период вегетации яровой пшеницы в зависимости от способа основной обработки почвы, кг/га.
Рис. 5. Взаимосвязь температуры почвы и эмиссииуглекислого газа при отвальном способе обработки почвы, кг/га в сутки.
обрабатываемому слою в результате равномерного распределения растительных остатков в почве, а также улучшенной аэрацией и тепловым режимом почвы [17, 18].
Выявлена высокая зависимость между температурой почвы и суточной эмиссией углекислого газа в посевах яровой пшеницы при использовании отвального способа основной обработки почвы (коэффициент корреляции достигал г=0,94). Выведено уравнение регрессии, достоверное в диапазоне температуры почвы от 7,1 до 21,7 0С. Это позволило установить, что повышение температуры почвы на 10С увеличивало скорость суточной эмиссии на 6,25 кг СО2/га при коэффициенте детерминации 0,71 (рис. 5).
В исследуемых вариантах с безотвальным способом основной обработки почвы и нулевой технологией также отмечали высокую силу связи температуры почвы и скорости эмиссии диоксида углерода в посевах яровой пшеницы - коэффициент корреляции составлял 0,84 и 0,87 соответственно. В результате разработки уравнения регрессии установлено, что рост температуры почвы на 10С повышал среднесуточную эмиссию СО2 на 6,38 кг/га при рыхлении почвы 2рис. 6).
При прямом посеве яровой пшеницы увеличение температуры пахотного слоя на 1 0С способствовал росту среднесуточной эмиссии СО2 на 5,83 кг/га, что ниже контроля варианта на 7 % (рис. 7). Это объясняется тем, что при других изучаемых способах обработки почвы растительные остатки распределяются по всему обрабатываемому слою, в то время как отказ от обработки почвы проводит к накоплению большей части растительных остатков на поверхности. В результате, наибольшая активность биоты, участвующей в почвенном дыхании, находится в верхнем слое почвы и существенно снижается вниз по профилю. В то время как при отвальной и безотвальной обработке
биологическая активность почвы практически равномерна по всему обрабатываемому слою [19].
Таким образом, в начале развития яровой пшеницы при использовании отвального способа обработки почвы суточная эмиссия диоксида углерода составляет 36,0 кг/га в сутки и с повышением температуры почвы с 12,4 до 21,3 0С возрастает до 105,5 кг/га. В дальнейшем с понижением температуры почвы до 7,2 0С её уровень снижается до 10,3 кг/га в сутки. При безотвальной основной обработке почвы различия с контролем были несущественными. На фоне нуле-
вой обработки отмечали значительное уменьшение эмиссии СО2 из почвы в течение вегетации куль2-туры - на 4,8.55,3 % относительно вспашки. Суммарные газообразные потери углерода в виде СО2 при вспашке и безотвальном рыхлении находились на одном уровне (10269.10402 кг/га), в то время как в варианте с нулевой обработкой величина этого показателя снижалась относительно контроля на 18 %. Вклад способа основной обработки почвы в продуцирование диоксида углерода составил 2,1 %, температуры почвы - 97,1 %. В диапазоне от 7,1 до 21,7 0С повышение температуры почвы на 1 0С увеличивало суточную скорость продуцирования углекислого газа в варианте с отвальным способом обработки почвы на 6,25 кг/га, с безотвальным и нулевым - на 6,38 и 5,83 кг/га соответственно. Для уменьшения скорости газообразных потерь углерода в виде углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья целесообразно использовать нулевую основную обработку почвы.
Финансирование работы
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-76-10005.
120,0
е
V юо,о
80,0
; бо,о
40,0
20,0
0,0
♦ >
у = 6,38х - 32,64
1^ = 0.70
♦ ♦
♦
10 15
Температура почеы, 4С
го
25
Рис. 6. Взаимосвязь температуры почвы и эмиссииуглекислого газа при безотвальном способе обработки почвы, кг/га в сутки.
Рис. 7. Взаимосвязь температуры почвы и эмиссииуглекислого газа при нулевой обработке почвы, кг/га в сутки.
«í СЧ О СЧ «í
Ф
S ^
Ш
Ш ^
5
Ш
m
Конфликт интересов
Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Литература
1. Chugunkova A. V. Modeling of Logging Industry Dynamics Under the Global Climate Change: the Evidence from Siberian Regions // Journal of Siberian Federal University. Humanities and Social Sciences. 2020. Vol. 13. No. 11. P. 18701879. doi: 10.17516/1997-1370-0691.
2. Ахметшина Л. Г. Возможности российского сельского хозяйства в снижении выбросов парниковых газов и адаптации к климатическим изменениям // Вестник Алтайской академии экономики и права. 2022. № 4-1. С. 5-14. doi: 10.17513/vaael.2129.
3. Мелех Д. В., Бертош Е. И., Нарке-вич И. П. Оценка выбросов парниковых газов в секторе «сельское хозяйство» и его адаптация к изменению климата // Экологический вестник. 2015. № 3. С. 69-78.
4. Сафин Р. И., Валиев А. Р., Ко-лесар В. А. Современное состояние и перспективы развития углеродного земледелия в Республике Татарстан // Вестник Казанского ГАУ. 2021. Т. 16. № 3(63). С. 7-13. doi: 10.12737/20730462-2021-7-13.
5. Демин Е. А., Миллер С. С., Ахтямо-ва 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. doi: 10.24412/0044-3913-20241-17-22.
6. Столбовой В. С. Регенеративное земледелие и смягчение изменений климата // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 7. С. 19-26. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10703.
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: 10.19047/01361694-2021-107-5-32.
8.Тулохонов А. К., Пунцукова С. Д., Зомонова Э. М. Оценка эмиссии парниковых газов в Республике Бурятия // Проблемы региональной экологии. 2008. № 6. С. 13-19.
9. Амирова Э. Ф., Зиганшин Б. Г. Экономические методы нивелирования углеродного следа в зернопродукто-вом подкомплексе // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 4(68).
C. 128-134. doi: 10.12737/2073-04622023-128-134.
10. Черкасов Г. Н., Масютенко Н. П., Масютенко М. Н. Влияние вида севооборота, системы обработки почвы и экспозиции склона на динамику эмиссии СО 2 из чернозема типичного // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 6. С. 34-37.
11. Ступаков А. Г. Влияние систем обработки почвы на дыхание почвенной биоты чернозёма типичного // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 7. С. 56-58.
12. A global meta-analysis of greenhouse gases emission and crop yield under no-tillage as compared to conventional tillage / A. Shakoor, M. Shahbaz, T. H. Farooq, et al. // The Science of the Total Environment. 2021. Vol. 750. P. 142299. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.142299.
13. Петросян Р. Д., Окорков В. В. Влияние систем обработки на содержание органического вещества в серых лесных пахотных почвах Владимирского ополья // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 4. С. 21-26.
14. Васильченко Н. И., Звягин Г. А. Изменение физических свойств черноземов южных карбонатных при различных системах обработки в Северном Казахстане / Самарский научный вестник. 2016. № 4(17). С. 10-13.
15. Еремин Д. И., Попова О. Н. Бактериальная микрофлора и её роль в почвообразовательном процессе (аналитический обзор) // Вестник Государственного аграрного университета Северного Зауралья. 2016. № 2(33). С. 12-19.
16. Фисунов Н. В., Ахтямова А. А. Изменение обогащенности соломы азотом при её запашке и разбрасывании на поверхности почвы // Вестник Курганской ГСХА. 2017. № 3(23). С. 54-57.
17. Влияние минимизации обработки на баланс углерода в почве в лесостепи новосибирского Приобья / И. Н. Шарков,
B. А. Андроханов, Л. М. Самохвалова и др. // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2023. № 1(66). С. 99-106. doi: 10.31677/2072-6724-2023-66-199-106.
18. Система обработки почвы как фактор воспроизводства почвенного плодородия на черноземе выщелоченном Краснодарского края / А. А. Мнат-саканян, Г. В. Чуварлеева, П. П. Ва-сюков и др. // Таврический вестник аграрной науки. 2018. № 3(15). С. 78-87. doi: 10.25637/TVAN.2018.03.09.
19. Влияние обработки почвы и минерального питания на динамику биологической актиности и NPK при возделывании ярового ячменя / С. В. Микитин, А. В. Шуравилин, В. В. Бородычев и др. // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2017. Т. 12. № 4.
C. 295-304. doi: 10.22363/2312-797X-2017-12-4-295-304.
The influence of various tillage methods and soil temperature on carbon dioxide emissions in
spring wheat crops in the forest-steppe zone of the Trans-Urals
E. A. Djomin, S. S. Miller
State Agrarian University of the Northern Trans-Urals, Roshchinskoe sh., 18, Tyumen', 625041, Russian Federation
Abstract. One of the main tasks of the world scientific community is solving the problem of global climate change. The share of agriculture in anthropogenic carbon dioxide emissions can reach significant values. The purpose of the study is to establish the effect of various tillage methods and soil temperature on carbon dioxide emissions in spring wheat crops to reduce carbon dioxide emissions. The work was carried out in 2023 in the Tyumen region in the forest-steppe zone of the Trans-Urals. The experimental design included the use of the following methods of soil cultivation: mouldboard(control) - ploughing PN-8-35 to a depth of20-22 cm; dumpless - loosening PCHN-2.3 by 20-22 cm; zero - without basic processing. At the beginning of the development of spring wheat, the rate of CO2 production when using the mouldboard method of primary tillage reached 36.0 kg/ ha per day. An increase in soil temperature from 12.4 to 21.3 degrees contributed to an increase in the rate of daily carbon dioxide emission from 71.2 to 105.5 kg/ha. A further decrease in soil temperature to 7.2 degrees led to a decrease in its level to 10.3 kg/ha per day. In the variant with no-mouldboard cultivation, no significant differences in the average daily carbon dioxide emissions were observed relative to ploughing. The lack of tillage ensured a reduction in the rate of gaseous carbon losses in the form of CO2 by 4.8-55.3 %, compared to the control. The total CO2 emission from May to October against the background of ploughing was 10,402 kg/ha; in the no-till option, this indicator was reduced by 18 %. The share of the influence of the soil cultivation method in the formation of gaseous carbon losses in spring wheat crops was 2.1 %, soil temperature - 97.1 %. An increase in soil temperature by 1 degree against the background of ploughing led to an increase in daily CO2 emissions by 6.25 kg/ha, when using the no-mouldboard and zero-till methods - by 6.38 and 5.82 kg CO2/ha per day, respectively.
Keywords: carbon dioxide; emissions; tillage method; 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.
For citation: Djomin EA, Miller SS [The influence of various tillage methods and soil temperature on carbon dioxide emissions in spring wheat crops in the forest-steppe zone of the TransUrals]. Zemledelie. 2024;(4):13-18. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2024-4-13-18. ■
